EP1792151A1 - Silikonöl als arbeitsfluid für einen thermostat sowie ein solcher thermostat - Google Patents

Silikonöl als arbeitsfluid für einen thermostat sowie ein solcher thermostat

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EP1792151A1
EP1792151A1 EP05774313A EP05774313A EP1792151A1 EP 1792151 A1 EP1792151 A1 EP 1792151A1 EP 05774313 A EP05774313 A EP 05774313A EP 05774313 A EP05774313 A EP 05774313A EP 1792151 A1 EP1792151 A1 EP 1792151A1
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EP
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silicone oil
thermostat
working fluid
stabilizer
silicon oil
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Withdrawn
Application number
EP05774313A
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English (en)
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Wolfgang Thimm
Martin Roth
Bruno Schlenker
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EGO Elektro Geratebau GmbH
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EGO Elektro Geratebau GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10M2201/06—Metal compounds
    • C10M2201/062—Oxides; Hydroxides; Carbonates or bicarbonates
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    • H01H37/00—Thermally-actuated switches
    • H01H37/02—Details
    • H01H37/32—Thermally-sensitive members
    • H01H37/36—Thermally-sensitive members actuated due to expansion or contraction of a fluid with or without vaporisation

Definitions

  • Silicone oil as a working fluid for a thermostat and such a Thermostat
  • the invention relates to a silicone oil for a thermostat, a method for pre-aging a working fluid for a thermostat and the Ver ⁇ use of such a working fluid in a thermostat.
  • thermostats are known, as used, for example ver ⁇ for the control of heating power.
  • a closed system is filled with a supply of working fluid, for example silicone oil, and leads via a fluid-conducting connection to a switch release or derglei ⁇ Chen.
  • working fluid for example silicone oil
  • a switch release or derglei ⁇ Chen By changing the temperature, there is a change in the volume expansion of the working fluid or of the silicone oil, which can be converted into a displacement change that triggers a switch.
  • the service life and the accuracy of the thermostat over a longer period of time depends on the quality of the working fluid.
  • the object of the invention is to provide or produce an operating fluid mentioned above and a thermostat filled with it in order to avoid disadvantages of the prior art and, in particular, age stability and temperature resistance of the working fluid and thus of the entire thermostat to improve.
  • a stabilizer is added to the silicone oil for use in a thermostat. This serves to reduce age-related or temperature-induced changes in the silicone oil and, above all, to improve thermal stability. After these points of view, a stabilizer is selected. By such an addition or such a stabilizer, the negative consequences, as described above, can be avoided.
  • the silicic acid added with the stabilizer has long-term stable, consistent properties. INS In particular, its thermal expansion or its thermal expansion behavior do not change.
  • a possible silicone oil is, for example, polydimethylphenylsiloxane.
  • a stabilizer can be selected to bind potential reactants or reaction products in the silicone oil so that they do not degrade the properties of the silicone oil. He can also bind free radicals. These, too, could otherwise react with the silicone oil itself or change it and in particular worsen its properties. Above all, a stabilizer can bind, for example, dissolved oxygen particles in the silicone oil.
  • the proportion of the stabilizer on the silicone oil depends, of course, on the type of stabilizer, and possibly also on the use of the silicone oil or the thermostat. Furthermore, the properties of the silicone oil should remain dominant throughout the blend. Thus, for example, the proportion of the stabilizer can amount to a maximum of 5%, advantageously even lower, for example up to 3%.
  • an oxidizing agent can be advantageously used.
  • This can be a metal oxide.
  • the metal oxide is preferably titanium dioxide, in particular pyrogenic titanium dioxide can be used. This can be prepared by flame hydrolysis of titanium tetrachloride.
  • a metal oxide or the abovementioned titanium dioxide itself may in turn be doped to improve its properties.
  • One possibility is a doping with iron oxide, for example up to a percentage of 5%.
  • FeCl 3 can be added to the abovementioned material so that, for example, a titanium dioxide doped with 2% Fe 2 O 3 is obtained.
  • the primary particles are not in isolated form before, but as aggregates or agglomerates. There are exceptionally small primary particles, which require a relatively large specific surface area of about 50m 2 / g.
  • titanium dioxide causes heat stabilization of the silicone oil due to the oxidizing properties of the metal ions. Electrons can be taken up and free radicals are thereby rendered harmless, which arise during the thermal loading of the silicone oil. Uncontrolled reactions or polymerizations as well as oxidation reactions are severely restricted.
  • the working fluid for use in a thermostat that provides a good and consistent long-term function, it can be pre-aged by heating.
  • This has the advantage that on the one hand, especially at the beginning of aging, the changes in relation to the elapsed time show relatively strong effects. Inso ⁇ it is in such a Voralterungsvon advantageous to perform this before use in the thermostat.
  • a heating can be carried out at a temperature which is significantly, advantageously even very clearly, above the foreseeable starting temperature.
  • a pre-aging temperature can even reach twice the maximum operating temperature, advantageously between 20% and 50% above it.
  • silicone oil which is particularly suitable for pre-aging
  • other working fluids used hitherto can also be pre-aged.
  • stabilizers is also advantageous here, for example also the aforementioned stabilizers.
  • One embodiment comprises a silicone oil, namely polydimethylphenylsiloxane, to which 2% pyrogenic titanium dioxide is added.
  • the pyrogenic titanium dioxide is doped with 2% iron dioxide.
  • Ar- beitsfluid is pre-aged in a tank for several hours, for example 6 to 10 hours, at a temperature of 370 0 C.
  • the thus treated working fluid is filled in a thermostat and this adjusted before installation.
  • the thermostat can be installed in an oven, for example, in order to effect a type of temperature measurement and regulation there.

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Abstract

Für den Einsatz in einem Thermostaten kann ein Silikonöl verwendet werden, welchem ein Stabilisator in geringen Mengen zugesetzt ist. Der Stabilisator ist beispielsweise pyrogenes Titandioxid und bindet potentielle Reaktionspartner oder Reaktionsprodukte in dem Silikonöl. Dadurch können altersbedingte und temperaturbedingte Veränderungen des Silikonöls reduziert werden sowie dessen Wärmestabilität erhöht werden. So kann ein über längere Zeiträume hinweg gleichbleibend funktionierender und genau justierter Thermostat hergestellt werden.

Description

Beschreibung
Silikonöl als Arbeitsfluid für einen Thermostat sowie ein solcher Ther¬ mostat
Anwendungsgebiet und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Silikonöl für einen Thermostat, ein Verfahren zum Voraltern eines Arbeitsfluids für einen Thermostat sowie die Ver¬ wendung eines solchen Arbeitsfluids in einem Thermostat.
Aus der EP 962 951 A und aus der DE 30 33 843 A1 sind Thermostate bekannt, wie sie beispielsweise für die Regelung von Heizleistung ver¬ wendet werden. Dabei ist ein geschlossenes System mit einem Vorrat von Arbeitsfluid, beispielsweise Silikonöl, gefüllt und führt über eine flüs¬ sigkeitsleitende Verbindung zu einer Schalterauslösung oder derglei¬ chen. Durch Temperaturänderung erfolgt eine Änderung der Volumen¬ ausdehnung des Arbeitsfluids bzw. des Silikonöls, welches sich in eine Wegänderung umsetzen lässt, die einen Schalter auslöst. Dabei besteht jedoch häufig das Problem, dass die Lebensdauer sowie die Genauig¬ keit des Thermostaten über längere Zeiträume hinweg von der Qualität des Arbeitsfluids abhängt.
Ändert sich das Wärmeausdehnungsverhalten des Arbeitsfluids über längere Zeit hinweg durch Verändern bzw. Verschlechtern der Eigen¬ schaften des Arbeitsfluids, so kann dies dazu führen, dass sich die ein¬ gestellten Schalttemperaturen von den tatsächlichen Schalttemperatu¬ ren entfernen. Daraus resultierende Probleme bei der Leistungseinstel¬ lung von Heizeinrichtungen oder dergleichen können beispielsweise dar¬ in bestehen, dass der Thermostat bereits bei zu niedrigen Temperaturen schaltet und somit nicht gewünschte Leistung erreicht wird. Ebenso können Sicherheitsprobleme dadurch auftreten, dass der Thermostat erst bei zu hohen Temperaturen schaltet. Aufgabe und Lösung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Ar- beitsfluid zu schaffen bzw. herzustellen sowie einen damit gefüllten Thermostat, um Nachteile des Standes der Technik vermeiden zu kön¬ nen und insbesondere eine Altersbeständigkeit und Temperaturbestän¬ digkeit des Arbeitsfluids und somit des gesamten Thermostaten zu ver¬ bessern.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Silikonöl mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , eine Verwendung eines vorgealterten Arbeitsfluids mit den Merkmalen des Anspruchs 6, ein Verfahren zum Behandeln eines Ar¬ beitsfluids für einen Thermostaten mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie einen Thermostaten mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Be¬ vorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprü¬ chen enthalten und werden im folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Merkmale, die für das Silikonöl als solches so¬ wie für Herstellungsverfahren oder Verfahren zum Altern sowie auch für den Thermostaten selber gelten, werden im folgenden teilweise nur einmal beschrieben. Sie gelten jedoch unabhängig davon für jeden die¬ ser Gegenstände auch eigenständig.
Erfindungsgemäß wird dem Silikonöl für die Verwendung in einem Ther¬ mostaten ein Stabilisator zugesetzt. Dieser dient dazu, altersbedingte oder temperaturbedingte Veränderungen des Silikonöls zu reduzieren und vor allem die Wärmestabilität zu verbessern. Nach diesen Gesichts¬ punkten wird ein Stabilisator ausgesucht. Durch einen solchen Zusatz bzw. einen solchen Stabilisator können die negativen Folgen, wie zuvor beschrieben, vermieden werden. Das mit dem Stabilisator versetzte Sili¬ konöl weist langzeitbeständige, gleichbleibende Eigenschaften auf. Ins- besondere ändern sich seine Wärmeausdehnung bzw. sein Wärmeaus¬ dehnungsverhalten nicht. Ein mögliches Silikonöl ist beispielsweise Po- lydimethylphenylsiloxan.
Ein Stabilisator kann beispielsweise danach ausgesucht werden, dass er im Silikonöl potentielle Reaktionspartner oder Reaktionsprodukte bindet, so dass diese die Eigenschaften des Silikonöls nicht verschlechtern. Ebenso kann er freie Radikale binden. Auch diese könnten ansonsten mit dem Silikonöl selber reagieren bzw. dieses verändern und insbeson¬ dere seine Eigenschaften verschlechtern. Vor allem kann ein Stabilisator beispielsweise im Silikonöl gelöste Sauerstoffpartikel binden.
Der Anteil des Stabilisators am Silikonöl hängt zum einen natürlich von der Art des Stabilisators ab, unter Umständen auch von dem Einsatz¬ zweck des Silikonöls bzw. des Thermostaten. Des weiteren sollten bei der gesamten Mischung die Eigenschaften des Silikonöls bestimmend bleiben. So kann beispielsweise der Anteil des Stabilisators maximal 5% betragen, vorteilhaft sogar noch darunter liegen, beispielsweise bis zu 3%.
Als Stabilisator kann vorteilhaft ein Oxidationsmittel verwendet werden. Dieses kann ein Metalloxid sein. Als Metalloxid bietet sich bevorzugt Ti¬ tandioxid an, wobei insbesondere pyrogenes Titandioxid verwendet werden kann. Dieses kann durch Flammenhydrolyse von Titantetrachlo¬ rid hergestellt werden.
Ein Metalloxid bzw. das vorgenannte Titandioxid kann selber wiederum dotiert sein zur Verbesserung seiner Eigenschaften. Eine Möglichkeit ist eine Dotierung mit Eisenoxid, beispielsweise bis zu einem Prozentanteil von 5%. Hierzu kann dem vorgenannten Material FeCI3 zugegeben werden, so dass man beispielsweise ein mit 2% Fe2O3 dotiertes Titan¬ dioxid erhält. Bei diesem Titandioxid liegen die Primärteilchen nicht in isolierter Form vor, sondern als Aggregate bzw. Agglomerate. Es sind außergewöhnlich kleine Primärteilchen vorhanden, welche eine relativ große spezifische Oberfläche von etwa 50m2/g bedingen.
Die Zugabe des Titandioxids, ob dotiert oder undotiert, bewirkt durch die oxidierenden Eigenschaften der Metallionen eine Wärmestabilisierung beim Silikonöl. Es können Elektronen aufgenommen werden und dabei freie Radikale unschädlich gemacht werden, die bei der thermischen Be¬ lastung des Silikonöls entstehen. Unkontrollierte Reaktionen bzw. Poly¬ merisationen sowie Oxidationsreaktionen werden stark eingeschränkt.
Um das Arbeitsfluid für einen Einsatz in einem Thermostaten, der eine gute und gleichbleibende Langzeitfunktion bietet, vorzubereiten, kann es durch Erwärmen vorgealtert werden. Dies weist den Vorteil auf, dass zum einen oftmals gerade zu Beginn der Alterung die Veränderungen in Relation zur verstrichenen Zeit relativ starke Auswirkungen zeigen. Inso¬ fern ist es bei einem solchen Voralterungsprozess von Vorteil, diesen vor dem Einsatz in dem Thermostaten durchzuführen. Des weiteren kann beispielsweise eine Erwärmung mit einer Temperatur durchgeführt werden, welche deutlich, vorteilhaft sogar sehr deutlich, über der abseh¬ baren Einsatztemperatur liegt. Es sollte jedoch vermieden werden, dass das Arbeitsfluid durch eine zu hoch gewählte Temperatur zu stark verän¬ dert wird oder sozusagen funktional zerstört wird. So kann eine Voralte¬ rungstemperatur unter Umständen sogar das Doppelte der maximalen Einsatztemperatur erreichen, vorteilhaft zwischen 20% und 50% darüber liegen.
Neben dem vorgenannten Silikonöl, welches für eine Voralterung be¬ sonders gut geeignet ist, können auch andere bislang eingesetzte Ar- beitsfluide vorgealtert werden. Zum Teil ist auch hier die Zugabe von Stabilisatoren von Vorteil, beispielsweise auch der vorgenannten Stabili¬ satoren. Ein Ausführungsbeispiel umfasst ein Silikonöl, nämlich Polydimethyl- phenylsiloxan, dem 2% pyrogenes Titandioxid zugesetzt werden. Das pyrogene Titandioxid ist mit 2% Eisendioxid dotiert. Ein solches Ar- beitsfluid wird in einem Behälter für mehrere Stunden, beispielsweise 6 bis 10 Stunden, bei einer Temperatur von 3700C vorgealtert. Dadurch stellt sich eine gewisse Veränderung der Eigenschaften, insbesondere des Wärmeausdehnungsverhaltens, ein, die nach dieser Zeit nur noch sehr gering ist bzw. kaum noch wahrnehmbar ist. Danach ändert sich das Wärmeausdehnungsverhalten im Einsatz bzw. in dem Thermostat bei dessen Einsatz kaum noch.
Das so behandelte Arbeitsfluid wird in einen Thermostaten eingefüllt und dieser abgeglichen vor dem Einbau. Der Thermostat kann beispielswei¬ se in einem Backofen eingebaut werden, um dort eine Art Temperatur¬ messung und -regelung zu bewirken.

Claims

Patentansprüche
1. Silikonöl als Arbeitsfluid für einen Thermostat, gekennzeichnet durch den Zusatz eines Stabilisators zum Silikonöl zur Reduzie¬ rung von altersbedingten oder temperaturbedingten Veränderun¬ gen des Silikonöls und zur Verbesserung der Wärmestabilität.
2. Silikonöl nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch einen Stabilisa¬ tor, der im Silikonöl potentielle Reaktionspartner bzw. -produkte und/oder freie Radikale bindet, wobei er insbesondere im Silikonöl gelöste Sauerstoff-Partikel bindet.
3. Silikonöl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Stabilisators maximal 5% beträgt, vorzugsweise weniger als 3%.
4. Silikonöl nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator ein Oxidationsmittel ist, vor¬ zugsweise ein Metalloxid.
5. Silikonöl nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalloxid Titandioxid ist, vorzugsweise pyrogenes Titandioxid, wobei es insbesondere mit einem geringen Anteil Eisenoxid dotiert ist, vorzugsweise bis 5%.
6. Verwendung von vorgealtertem Arbeitsfluid in einem Thermostat, dadurch gekennzeichnet, dass die Voralterung durch Erwärmen über eine bestimmte Zeit erfolgt.
7. Verwendung von vorgealtertem Arbeitsfluid in einem Thermostat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsfluid ein Silikonöl nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ist.
8. Verfahren zum Voraltern eines Arbeitsfluids für einen Thermosta¬ ten, gekennzeichnet durch eine Erwärmung über eine gewisse Zeit hinweg.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung bei Temperaturen stattfindet, welche über der Einsatz¬ temperatur des Arbeitsfluids liegen, vorzugsweise 10% bis 100% darüber, insbesondere 20% bis 50%.
10. Thermostat mit einem Arbeitsfluid, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsfluid ein Silikonöl nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ist und/oder vorgealtert ist nach einem der Ansprüche 8 oder 9.
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