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Thermostat für Temperaturregler Die Erfindung bezieht sich auf einen
Thermostaten für Temperatur- bzw. Wärmeregler od. dgl. mit einem sich bei Erwärmung
ausdehnenden Organ, vorzugsweise einem flüssigen, verdampfbaren oder gasförmigen
Ausdehnungsmittel, welches direkt oder indirekt z. B. über ein zwischengeschaltetes
hydraulisches Steuermittel einen membran-oder balgförmigen Arbeitskörper beaufschlagt,
der seinerseits das zu steuernde Regelorgan betätigt. Insbesondere-bezieht sich
die Erfindung auf einen Sicherheitsthermostaten, der nach dem Prinzip der Flüssigkeitsausdehnung
oder der Dampftension arbeitet und einen direkt wirkenden Regler betätigt. Als direkt
wirkende Regler können beispielsweise Ventile oder Schieber aller Art, Wassertemperaturregler,
Kühlwasserregler, Feuerungsregler usw. in Frage kommen.
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Bei den bekannten Thermostaten dieser Art kann es vorkommen, daß der
membran- oder balgförmige Arbeitskörper, vorzugsweise ein kolbenartig verschiebbarer
Federrohrbalg, undicht wird oder zerstört wird, so daß die Ausdehnungsflüssigkeit
oder das sonstige Ausdehnungsmittel bzw. hydraulische Steuermittel nicht mehr in
der Lage ist, die gewünschte Verschiebung des membran- oder balgförmigen Arbeitskörpers
entsprechend der steigenden oder fallenden Temperatur zu bewirken. Dadurch können
erhebliche Schäden und Unglücksfälle verursacht werden. Wenn nämlich bei einem Thermostaten
der membran- oder balgförurige Arbeitskörper defekt wird, geht das Betätigungsorgan
des Thermostaten in diejenige Stellung über, die es bei der tiefsten Temperatur
haben würde. -Um Schaden zu verhüten, wäre es aber in diesem Falle notwendig, daß
das Betätigungsorgan des Thermostaten diejenige Stellung einnimmt, welche es bei
unzerstörtem Thermostaten und
maximaler -Temperatur haben würde.
Wenn der Thermostat beispielsweise einen Mischapparat steuert, bei dem heißes und
kaltes Wasser zu Wasser mittlerer Temperatur gemischt wird, so würde der Thermostat
bei einem Defekt des Federrohres oder sonstigen Arbeitskörpers eine Absperrung des
kalten Wassers und ein ungehindertes Ausströmen des heißen Wassers herbeiführen.
Es würde daher die Gefahr einer Überhitzung, beispielsweise einer Verbrühung bestehen,
wenn mit dem Mischapparat die Brausevorrichtung einer Badeanlage gespeist würde.
Ein anderes Beispiel bieten thermostatisch gesteuerte Motorkühlwasserregler, bei
denen der Thermostat bei zerstörtem Federrohr od. dgl. die der niedrigsten Temperatur
entsprechende Stellung einnimmt. Der Regler würde also das vom Motor kommende Wasser
auch dann, wenn dasselbe eine hohe Temperatur hat, unmittelbar wieder zum Motor
zurückleiten, ohne es über den Kühler zu leiten. Diaidurch würde die Gefahr einer
Überhitzung und Beschädigung des Motors bestehen.
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Um diesen Nachteil der bekannten Thermostaten der in Rede stehenden
Art zu beseitigen, hat man Sicherungen, wie z. B. Schmelzkörper, vorgeschlagen,
die beim Erreichen einer bestimmten Maximaltemperatur schmelzen und Vorrichtungen
auslösen, welche die Ventile, Schieber oder sonstigen Regelorgane unabhängig von
dem beschädigten Thermostaten in eine gefahrlose Stellung bringen. Diese bekannten
Sicherungen sind aber verhältnismäßig kompliziert und teuer sowie auch nicht unbedingt
zuverlässig.
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Durch die Erfindung wird bezweckt, auf einfache Weise eine wirksame
Überwachung des Thermostaten und eine Sicherung der von dem Thermostaten gesteuerten
Regelorgane bei einer Zerstörung des membran- oder balgförmigen Arbeitskörpers herbeizuführen.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß der membran- oder
balgförmige Arbeitskörper, beispielsweise ein Federrohrbalg, auf seiner der B'eaufschlagungsseite
des Ausdehnungsmittels oder des von letzterem gesteuerten hydraulischen Druckmittels
gegenüberliegenden Seite durch ein gasförmiges, in einem luftdicht abgeschlossenen
Raum unter Druck stehendes Medium belastet ist. Dadurch wird erreicht, daß das Federrohr
oder der sonstige membran- oder balgförmige Arbeitskörper von dem unter Druck stehenden
eingeschlossenen gasförmigen Medium ständig überwacht wird. Solange das Federrohr
oder die Membran dicht ist, arbeitet der Thermostat normal. Sobald aber das Federrohr
oder die Membran undicht wird, tritt das gasförmige Medium aus seinem Druckraum
aus, wodurch eine Entlastung des Arbeitskörpers herbeigeführt wird, die dazu benutzt
werden kann, den Thermostaten in diejenige Stellung zu bringen, die er bei maximaler
Temperatur einnehmen würde. Beispielsweise kann bei einem in die Ausdehnungsflüssigkeit
eines Wärmefühlers eintauchenden Federrohrbalg durch entsprechende Bemessung der
wirksamen Druckflächen erreicht werden, daß das bei einer Beschädigung des Federrohres
in den I Flüssigkeitsraum eindringende Druckgas eine Verstellung des Federbalges
und damit des betätigten Regelorgans in die der Höchsttemperatur entsprechende Regelstellung
herbeiführt.
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Um diese Wirkung auf jeden Fall mit Sicherheit zu erreichen, und zwar
auch dann, wenn z. B. ein zur Abgrenzung des Druckgasraumes nach außen vorgesehenes
Dichtungsfederrohr undicht wird.' wird vorzugsweise eine weitere Ausgestaltung der
Erfindung verwendet. Gemäß der weiteren Verbesserung steht der membran- oder balgförmige
Arbeitskörper zusätzlich unter der Wirkung einer der Ausdehnungmittelkraft gleichgerichteten
mechanischen Kraft, z. B. einer mechanischen Feder. Diese mechanische Feder, Gewichtskraft
od. dgl. wird so bemessen, daß sie schwächer ist als die um die Ausdehnungsmittelkraft
verminderte Belastungskraft des gasförmigen, unter Druck stehenden Mediums, während
sie aber andererseits genügend stark ist, um den Thermostaten bei einem Defekt des
membran- oder balgförmigen Arbeitskörpers oder eines sonstigen Teiles des Thermostaten
in seine der maximalen Temperatur entsprechende Arbeitsstellung zu bringen. Dadurch
wird erreicht, daß in jedem Fall bei einem Undichtwerden eines Federrohres oder
sonstigen Teiles des Thermostaten die gewünschte Sicherheitsstellung selbsttätig
erreicht wird.
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Die praktische Ausführung und Anwendung der Erfindung kann in verschiedener
Weise ausgeführt werden. In "der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der
Erfindung schematisch veranschaulicht, ohne die Erfindung auf diese Beispiele zu
beschränken.
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Fig. i zeigt im schematischen Schnitt einen Flüssigkeitsausdehnungsthermostaten
mit Federrohrbalg und Arbeitsstift, welcher erfindungsgemäß ausgebildet ist; Fig.
2 zeigt im schematischen Schnitt eine abgeänderte Ausführungsform eines solchen
Thermostaten, und Fig. 3 veranschaulicht schematisch die Anwendung der Erfindung
bei einem von dem Wärmefühler entfernt angeordneten besonderen Arbeitskörper.
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Der in Fig. i dargestellte Thermostat besteht aus einem Wärmefühlergehäuse
i, dessen Innenraum 2 ein sich bei Erwärmung ausdehnendes Mittel, beispielsweise
eine Dilatationsflüssigkeit, enthält. An Stelle einer dilatierenden Flüssigkeit
könnte auch ein bei Erwärmung verdampfendes Mittel verwendet werden. In die Ausdehnungsflüssigkeit
2 taucht ein Federrohrbalg, der aus einem Metallfederrohr 3 und einem Balgboden
4 besteht. Dai Federrohr 3 ist einerseits mit dem Balgboden 4 und andererseits mit
der oberen Gefäßwandung 5 dicht verbunden, beispielsweise angelötet. Konzentrisch
zu dem Federrohr 3 ist ein Dichtungsfederrohr 6 von geringerem Durchmesser angeordnet,
welches ebenso einerseits an dem Balgboden 4 und andererseits an der oberen Gefäßwandung
5 dicht befestigt, beispielsweise angelötet ist. Das Dichtungsfederrohr 6 umgibt
oinen Arb,witss.tift 7, welcher mit
seinem unteren Ende an den Baligbade@n
4 befes:bigt und oben durch eine Öffnung 8 der Gefäßwandung 5 aus dem Wärmefühler
i nach außen durchgeführt ist.
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In den nach außen luftdicht abgeschlossenen Zwischenraum 9 zwischen
den beiden Federrohren 3 und 6 ist ein gasförmiges Medium, z. B. Preßluft, Stickstoff,
Kohlendioxyd od. dgl., unter Druck eingefüllt. An dem Arbeitsstift 7 ist ein Federteller
io befestigt, gegen den eine sich auf der Gefäßwandung 5 abstützende mechanische
Feder i i drückt. Das in dem Druckraum 9 unter Druck stehende gasförmige Medium
sucht den kolbenartigen Federrohrbalg 3, 4 in das Ausdehnungsflüssigkeitsgefäß i
hineinzudrücken, und zwar entgegen der Wirkung der sich bei Erwärmung ausdehnenden
Flüssigkeit in dem Gefäßraum 2. Die mechanische Feder i i wirkt der Belastungskraft
des gasförmigen Mediums in dem Druckraum 9 entgegen und sucht den Arbeitsstift aus
dem Wärmefühlergefäß i herauszuziehen. Die Kraft der Feder i i ist aber so bemessen,
daß die Belastungskraft des gasförmigen Druckmediums in dem Raum 9 überwiegt. Diese
Belastungskraft des unter Druck stehenden gasförmigen Mediums, der sogenannten Gasfeder,
bewirkt einen Kraftschluß zwischen dem Arbeitsbalg 3, 4 und der Ausdehnungsflüssigkeit
im Raum 2. Wenn die den Wärmefühler i umgebende Temperatur zunimmt, dehnt sich die
Dilatationsflüssigkeit in dem Gefäßraum 2 aus und drückt den Federbalg 3, 4 entgegen
der Belastungswirkung der Gasfeder im Raum g zusammen derart, (daß der Arbeibsistift
7 entsprechend der jeweiligen Temperatur mehr oder weniger weit vorgeschoben wird
und das gesteuerte Regelorgan, beispielsweise ein Ventil, mehr oder weniger öffnet
oder schließt.
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Wenn nun. durch irgendeinen Umstand das Federrohr 3 undicht wird,
so kann das Druckgas aus dem bisher luftdicht nach außen abgeschlossenen Raum 9
in den Ausdehnungsflüssigkeitsraum 2 entweichen, wobei es zusammen mit der mechanischen
Feder i i - den Federbalg 3, 4 zusammendrückt und in diejenige Stellung bringt,
welche der maximalen Temperatur entspricht. Wie aus Fig. i ersichtlich ist, kann
diese Wirkung unter günstigen Umständen auch bereits ohne Mithilfe der mechanischen
Feder i i eintreten, da die wirksame Druckfläche des Balgbodens 4 auf der Unterseite
desselben größer ist als auf seiner Oberseite, wo sie um den Innenraum des Dichtungsfederrohres
6 verkleinert ist. Die zusätzliche Anwendung der mechanischen Feder ii verleiht
jedoch der Vorrichtung eine größere und unbedingte Zuverlässigkeit, auch dann, wenn
die Verschiebungsbewegung des Arbeitsstiftes 7 auf Reibungswiderstände od. dgl.
des Regelorgans trifft. Die gleiche Wirkung tritt ein, wenn z. B. das innere Dichtungsfederrohr
6 undicht wird. In diesem Falle entweicht das unter Druck stehende Gas aus dem Raum
9 in die äußere Atmosphäre oder in eine Rohrleitung od. dgl., und der Arbeitsstift
gelangt unter der Wirkung der mechanischen Feder i i in diejenige Stellung, die
er bei unzerstörtem Federrohr und maximaler Temperatur einnehmen würde. Werden beide
Federrohre 3 und 6 gleichzeitig beschädigt oder zerstört, so werden die Räume
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und 9 des Thermostaten drucklos, und die mechanische Feder i i bewegt den
Arbeitsstift 7 zwangsläufig in die der maximalen Temperatur entsprechende Sicherheitsstellung.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. i dient das Dichtungsfederrohr 6
sowohl zur Abdichtung des Druckgasraumes 9 nach außen als auch zur druckdichten,
beweglichen Herausführung des Arbeitsstiftes 7 aus dem Thermostatbehälter i. Die
Anordnung des Druckgasraumes ist selbstverständlich nicht auf den Zwischenraum zwischen
zwei Federrohren beschränkt, sondern kann auch in beliebiger anderer Weise geschehen.
Beispielsweise braucht der Innenraum des Federbalges oder sonstigen Arbeitskörpers
nur einen Teil der gesamten Wandung des das Druckgas enthaltenden Raumes sein. Dies
kann gegebenenfalls zweckmäßig sein, wenn man eine größere Druckgasmenge eingeschlossen
halten will, als in dem Innenraum des Federrohrbalges Platz findet. Eine solche
Ausführungsform ist in Fig. 2 beispielsweise veranschaulicht. In dem Ausdehnungsflüssigkeitsraum
2 des Gefäßes i ist hier ebenso wie bei Fig. i ein Federrohrbalg 3, 4 angeordnet
und an der oberen Wandung 5 befestigt. Der Arbeitsstift 7 wird hier nicht unmittelbar
ins Freie geführt, sondern er ragt zunächst in ein nach außen luftdicht abgeschlossenes
Gehäuse 12, dessen Innenraum 13 zusammen mit dem Innenraum 9 des Federrohrbalges
3, 4@ den Gasdruckraum bildet, welcher mit dem unter Druck stehenden gasförmigen
Medium gefüllt ist. Zur druckdichten Herausführung des Arbeitsstiftes 7 aus dem
Gasdruckraum 13 dienen zwei Federrohre 14, 15, die an beiden Seiten einer Scheibe
16 dicht befestigt sind. Die Scheibe 16 ist über einen durch eine Zwischenwandung
17 beweglich hindurchgeführten Rahmen i8 mit dem unteren Teil des Arbeitsstiftes
7 verbunden, während der obere Teil des Arbeitsstiftes 7 innerhalb des Federrohres
14 an der Scheibe 16 befestigt ist. Das Federrohr 14 ist üben an der Wandung i9
des Gehäuses 12 eingedichtet, während das Federrohr 15 unten dicht mit dem Zwischenboden
17 verbunden ist. Dadurch wird der Gasdruckraum 13 nach außen dicht abgeschlossen
und der Arbeitsstift 7 druckdicht, aber beweglich nach außen geführt. Ebenso wie
bei Fig. i ist der äußere Teil des Arbeitsstiftes 7 mit einem Federteller io verbunden,
gegen den die mechanische Feder i i drückt.
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Auch bei dieser Ausführungsform bewirkt das in den Räumen 9, 13 unter
Druck stehende gasförmige Medium den Kraftschluß zwischen dem Federrohrbalg 3, 4
und der Dilatationsflüssigkeit im Raum z. Bei einer Zerstörung des Federrohres 3
oder der Federrohre 14, 15 bzw. sämtlicher Federrohre kommt die mechanische Feder
i i entsprechend Fig. i zur Wirkung und bringt den Thermostaten in die der maximalen
Temperatur entsprechende Wirkstellung.
Selbstverständlich kann die
mechanische Feder oder sonstige Entlastungskraft auch an einer belle-. bigen anderen
Stelle der Vorrichtung angeordnet sein. Sie kann also auch mittelbar über Zwischenglieder
auf den Arbeitsstift 7 wirken, wobei als mechanische Belastungskraft z. B. eine
beliebige Feder verwendet werden kann, welche auf das Regelorgan, z. B.. einen Ventilteller,
einen Schieber od. dgl., wirkt, der mit dem Arbeitsstift direkt oder indirekt verbunden
ist. Ferner können auch beliebige andere druckdichte bewegliche Mittel zur Herausführung
der Bewegung des Arbeitsbalges 3,4 aus dem Druckgasraum verwendet werden.
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In gleicher Weise wie bei einem direkt wirkenden Thermostaten nach
Fig. i oder 2 kann die Erfindung bei einem Thermostaten angewendet werden, bei dem
die Ausdehnungskraft des Ausdehnungsmittels nicht unmittelbar, sondern z. B.. über
eine hydraulische Zwischenleitung oder ein hydraulisches Zwischengetriebe auf einen
Arbeitskörper wirkt. Eine solche Ausführungsform zeigt beispielsweise Fig. 3 in
schematischer Darstellung. Ein Wärmefühler 2o, welcher gegebenenfalls mit einer
an sich bekannten Reguliervorrichtung versehen sein kann, umschließt einen Flüssigkeitsraum
21, der mit einer Dilatationsflüssigkeit oder einem sonstigen Ausdehnungsmittel
gefüllt ist. Der Flüssigkeitsraum 21 steht über ein Kapillarrohr 22 mit dem Innenraum
23 eines Behälters a4 in Verbindung. Der Raum 23 kann mit der gleichen Ausdehnungsflüssigkeit
wie der Raum 21 gefüllt sein, oder es kann zwischen den beiden Räumen ein elastisches
Trennglied, z. B. ein kolbenartig verschiebbarer Balg, vorgesehen sein,- auf den
einerseits die Ausdehnungsflüssigkeit 21 wirkt und der andererseits den auf ihn
wirkenden Ausdehnungsdruck auf eine Druckflüssigkeit überträgt, die in dem Raum
23 auf einen Arbeitsbalg wirkt, welcher entsprechend Fig. i und 2 aus einem Metallfederrohr
3 und einem Balgboden 4 besteht. Ebenso wie bei Fig. i ist konzentrisch zu dem Federrohr
3 ein inneres Metallfederrohr 6 an dem Balgboden 4 angebracht, welches den nach
außen geführten Arbeitsstift 7 umgibt. Der Zwischenraum 9 zwischen den Federrohren
3 und 6 ist mit einem unter Druck stehenden gasförmigen Medium gefüllt. Die mechanische
Gegenkraft kann entsprechend Fig. i und :2 außerhalb des Behälters 14 auf den Arbeitsstift
7 wirken. Beispielsweise kann aber auch eine mechanische Feder i i im Inneren des
Behälters 24 derart angeordnet sein, daß sie von unten gegen den Balgböden 4 des
Federrohrbalges 3, 4 drückt. Auch hier ist die Felder i i so bemessen, daß sie bei
einer Zerstörung des Federrohres 3 und/oder des Federrohres 6, d. h. bei einem Ausfall
der Gasfeder g den Arbeitsstift 7 in diejenige Stellung bringt, welche der maximalen,
am Wärmefühler 2o wirkenden Temperatur entspricht.
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Wie bereits erwähnt, beschränkt sich die Erfindung nicht auf ,die
dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele, sondern umfaßt alle Varianten
im Rahmen des wesentlichen Erfindungsgedankens, insbesondere hinsichtlich der Anordnung
und Ausbildung der Gasfeder und der mechanischen Feder oder sonstigen Entlastungskraft.
Eine Ausführungsform- ähnlich Fig. 3 könnte auch z. B. verwendet werden, wenn die
hydraulische Betätigung des Arbeitsbalges 3,4 nicht durch eine Ausdehnungsflüssigkeit,
sondern durch einen festen, sich bei Erwärmung ausdehnenden Körper, z. B. einen
Dehnungsstab oder ein,Dehnungsrohr, erfolgt.