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Bimetall-Kontaktthermometer
Die Erfindung betrifft ein Bimetall-Kontaktthermometer
mit rohr- und stabförmigen Ausdehnungskörpern. Bei einem derartigen Thermometer
befindet sich ein stabförmiger in einem rohrförmigen Ausdehnungskörper. Beide Körper
besitzen verschiedene Wärmeausdebnungskoeffizienten und sind an einem Ende fest
miteinander verbunden. Arn anderen Ende treten bei Temperaturänderungen Längenunterschiede
auf, die zur Betätigun,g eines elektrischen Schaltkontaktes herangezogen werden.
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Es ist bekannt, derartige Thermometer zum selbsttätigen Regeln von
Klimaanlagen zu verwenden. Sie dienen dann dazu, die Temperatur eines zu klimatisierenden
Raumes konstant zu halten. Nun hängt die Temperatur, bei der sich ein Mensch behaglich
fühlt, nicht allein von der absoluten Höhe dieser Temperatur, sondern auch von der
außerhalb des Raumes herrschenden Temperatur ab. Es hat sich herausgestellt, daß
bei unter 140 C liegenden Außentemperaturen die Innentemperatur zweckmäßig 200 C
nicht unterschreiten -soll, während für Außentemperaturen von beispie]sweise 20,
25, 29 und 320 C vorteilhaft Innentemperaturen von 22, 23, 25 und 260 C eingestellt
werden.
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Oberhalb 140 C Außentemperatur soll also die Innentemperatur etwa
linear mit der Außenbemperatur ansteigen.
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Bei Klimaanlagen tritt somit die Aufgabe auf, bei unterhalb 140 C
liegenden Außentemperaturen einen lediglich von der Innentemperatur abhängigen Schaltkontakt
immer dann zu betätigen, wenn
die Innentemperatur 200 C üher- oder
unterschreitet.
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Liegt die Anfientemperatur jedoch über 140 C, so muß der Schaltkontakt
von der Außen- und der Innentemperatur abhängig so betätigt werden, daß z. B. bei
250 C Außentemperatur 230 C lunentemperatur eingehalten werden. Es ist bekannt,
diese Aufgabe mit elektrischen Widerstandsthermometern zu lösen; dazu sind eine
Stromquelle, zwei Widerstandsthermometer und mindestens ein Relais, also ein beträchtlicher
Aufwand erforderlich.
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Das Bimetall-Kontaktthermometer nach der Erfindung ist erheblich
einfacher und dient der gleichen Aufgabe; es besitzt zwei aus rohr- und stabförmigen
Aus dehnungskörpern bestehende Thermometer verschiedener Tempera'turempfindlichkeit,
die bei gleichsinnigen Temperaturänderungen gegensinnig auf denselben Kontakt wirksam
sind, und zeichnet sich dadurch aus, daß die beiden Thermometer verschiedenen, voneinander
unabhängigen Tensperaturen aussetzbar sind. Wird das eine Thermometer der Außenluft
und das andere der Innenluft ausgesetzt, so wird der Kontakt in Abahängigkeit von
der Temperaturdifferenz und der absoluten Höhe der Außen- bzw. der Innentemperatur
betätigt. Da die beiden rlermomleter verschieden temperaturempfindlich sind, wirken
sich Awl3en- und Innentemperatu'ränderungen verschieden stark aus. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten
der für das Thermometer verwendeten beiden Metalle können in dem in Frage kommenden
Temperaturbereich als hinreichend konstant angesehen werden.
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Mithin ändert sich die für die Betätigung des Kontaktes maßgebende
Längendifferenz der Ausdehnungskörper linear mit der Differenz zwischen Innen- und
Außentemperatur und der absoluten Innen- bzw. Außentemperatur. Durch geeignete Wahl
des Verhältnisses der Empfindlichkeiten, d. h. der relativen Längen der Ausdehnungskörper
beider Thermometer kann jede lineare Abhängigkeit, also auch in erster Näherung
die bereits erwähnte, für die Behaglichkeit erwünschte Abhängigkeit zwischen Innen-
und Außentemperatur oberhalb 140 C Außentemperatur erzielt werden.
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Es ist zwar bereits bekannt, Bimetall-Kontaktfhermometer mit zwei
Thermometern verschiedener Temperaturempfindlichkeit auszurüsten, die bei gleichsinnigen
Temperaturänderungen gegensinnig auf denselben Kontakt wirksam sind. Indessen sind
bei den bekannten A.usführungsformen beide Thermometer nur derselben Temperatur
aussetzbar. Es kann nicht die Differenz von zwei, an verschiedenen Orten herrschenden
Temperaturen auf denselben Kontakt einwirken. Das eine Thermometer ist vielmehr
als Kompensationsorgan angeordnet und übt eine zum anderen entgegengesetzte und
zeitlich nacheilende Wirkung im Sinne einer thermischen Rückführung aus. Das eine
Thermometer spricht schnell und das andere langsam auf Temperaturänderungen an demselben
Orte an. An je einem Ende sind beide Thermometer fest miteinander verbunden, da
es die andersartige Meßaufgabe überflüssig macht, die gegenseitige Lage der Ausdehnungskörper
einzustellen.
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Bei dem Thermometer nach der Erfindung hingegen besitzt nun jedes
Thermometer eine eigene Einstellvorrichtung, das eine eine Einstellvorrichtung für
die gegenseitige Lage seiner Ausdehnungskörper und das andere eine Einsbellvorrichtung
für den Kontakt. Die zuerst genannte Einstellvorrichtung erlaubt, die gegenseitige
Lage der beiden stabförmigen Ausdehnungskörper so einzustellen, daß daß eine, der
Außentemperatur auszusetzende Thermometer ,erst oberhalb einer vorgegebenen Temperatur
auf den Kontakt einwirkt. Denn durch geeignete Wahl der relativen Längen der Ausdehnungskörper
der beiden Thermometer kann lediglich der für die lineare Abhängigkeit zwischen
Außen- und Innentemperatur maßgebende Proportionalitätskoeffizient festgelegt werden.
Um der eingangs beschriebenen Bebaglichkeitsforderung gerecht werden zu können,
sind beide Einstellvorrichtungen erforderlich.
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An Hand der Figuren sei die Erfindung erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch das Bbnetall-Kontaktthermometer
;-Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. I bei einer anderen Stellung -der stabförmigen
Ausdehnungskörper.
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Bei beiden Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Ziffern bezeichnet.
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Links von der Wand I befindet sich der AuLen-und rechts von ihr der
Innenraum. Das kürzere Außenthermometer mit dem rohrförmigen Ausdehnungskörper 2
und dem stabförmigen Ausdehnungskörper 3 ist gleichachsig mit dem längeren Innenthermometer,
mit Rohr 4 und Stab 5, verbunden und in der Wand befestigt. Rohr 2 und Stab 5 bestehen
aus einem Werkstoff mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten (nach rechts fallend
schraffiert), z. B. einer geeigneten Eisenlegierung, während Stab 3 und Rohr 4 aus
einem Werkstoff mit hohem Wärmeausdehnungsko effizienten (nach rechts steigend schraffiert),
z. B.
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Messing, angefertigt sind. Das Außenthermometer 2, 3 wirkt also bei
gleichsinnigen Temperaturänderungen gegensinnig zum Innenthermometer 4, 5. Stab
3 ist mittels der Einstellschraube6 relativ zu Rohr 2 verschiebbar, während Stab
5 an einem Ende durch Feder 7 mit seinem Widerlager 8 gegen die Lochscheihe 9 gepreßt
wird. Am anderen Ende trägt Stab 5 die Einstellschraube I0, die frei durch das Schutzgehäuse
11 tritt und die den Schaltkontakt 12 einzustellen gestattet.
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Blei der in Fig. I gezeichneten Stellung befindet sich das Außenthermometer
2, 3 unterhalb 140 C.
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Die Stellung des Kontaktes I2 wird allein durch das Innenthermometer
4, 5 bestimmt. Die Einstellschraube 10 wird so eingestellt, daß der Kontakt 12 schließt,
wenn die Innentemperatur steigend 200 C erreicht, und öffnet, wenn die Innentemperatur
sinkend - 200 C annimmt.
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Steigt nun die Außentemperatur, so bewegt sich die Spitze von 'Stab
3 auf das gegenüberliegende Ende des Stabes 5 zu, bis sie bei 140 C (einstellbar
mittels der Einstellschraube 6) den Stab 5 gerade berührt. Bei weiter ansteigender
Außentemperatur
wird der Stab 5 entgegen der Kraft der Feder 7 nach
rechts gedrückt; dabei wird das Widerlager 8 von der Lochscheibe 9 abgehoben. Bei
dieser in Fig. 2 gezeichneten Stellung betätigen beide Thermometer gemeinsam den
Kontakt 12 in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Innen-und der Außentemperatur
und von der absoluten Höhle der Innen- bzw. Außentemperatur. Beträgt die wirksame
Länge des Außenthermometers 2, 3 etwa lein Drittel der wirksamen Länge des Innenthermometers,
so kann die oben angaführte, für die Behaglichkeit envünschte Abhängigkeit zwischen
Innen- und Außentemperatur erzielt werden.