DE2055067A1

DE2055067A1 - Thermisch gesteuerte Schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE2055067A1
Application number: DE19702055067
Authority: DE
Inventors: Thomas Charles Sunbury-on-Thames Middlesex Cliff (Großbritannien). M
Original assignee: United Gas Industries Ltd
Current assignee: United Gas Industries Ltd
Priority date: 1970-11-09
Filing date: 1970-11-09
Publication date: 1972-05-18

Description

Thermisch gesteuerte Schaltvorrichtung Die Erfindung betrifft thermische Betätigungsvorrichtungen und insbesondere thermische Betätigungsvorrichtungen zur Steuerung von Ventilen der Art, wie sie gebräuchlicherweise zum Steuern des Wasserstromes in einem Zentralheizungssystem verwendet werden, wobei das Ventil mittels der thermisch bedingten Expansion oder Kontraktion einer in einem flexiblen oder teilweise flexiblen Behälter der Betätigungsvorrichtung enthaltenden Substanz betätigt wird, der Behälter durch eine, in wärmetauschender Beziehung zu dem Behälter stehende, elektrische Heizung geheizt wird und die Offnungs und Schließbewegungen des Ventiles durch die Erregung der elektrischen Heizung durch Zuschalten der Stromversorgung aa die Heizung bestimmt werden.
Ein Betätigungsschalter zum Steuern eines derartigen Ventiles kann aus einem verschlossenen Behälter aus Nessing oder einem anderen Material mit guter thermischer Leitfähigkeit bestehen, wobei ein Teil des Behälters eine flexible Membran oder Balg bildet an der Behälter kann völlig oder teilweise mit Flüssigkeit gefüllt sein. Es wird eine Temperaturänderung des Behälters herbeigeführt um aufgrund in der sich daraus ergebenden Druckänderung in dem Behälter eine Auslenkung des flexiblen Teils des Behälters herbeizuführen. Diese Auslenkung kann mechanisch auf die Ventilvorrichtung übertragen werden, so daß eine Temperaturänderung des Behälters das Offnen oderSchlieBen des Ventiles bewirkt. Die Temperatur, bei der derartige Bewegungen auftreten, wird oberhalb der möglicherweise vorhandenen Umgebungstemperatur gewählt, so daß Bewegungen nur durch die Zuführung von Wärme zu dem Behälter von einer zusätzlichen Wärmequelle, die eine elektrische Heizung in wärmetauschender Beziehung mit dem Behälter sein kann, bewirkt wird.
Einer Anforderung an ein derartiges Ventil ist es, dass.
es nach Erregung oder Entregung schnell öffnen oder schließen soll. Die schnelle Arbeitsweise kann in einfacher Weise durch die Verwendung einer elektrischen Heizvorrichtung von relativ hoher Wattzahl erreicht werden, jedoch würde dies bewirken, daß der Behälter eine hohe Temperatur erreicht und dass die Betätigung in der entgegengesetzten Richtung wegen der langen Zeit, die zur Abkühlung des Behälters benötigt würde, sehr langsam wäre.
Bei bekannten Betätigungsschaltern wird dieses Problem dadurch gelöst, daß die Bewegung des Schalters einen Endschalter betätigt, wenn das Ende der gewunschten Bewegung erreicht ist, wobei der Endschalter derart angeordnet ist, daß die elektrische Heizvorrichtung oder ein Teil der elektrischen Heizvorrichtung isoliert wird, wodurch die Bewe-.
gung des BeXätigungeschalters seine gigentemperatur mittels der Schalterbewegung steuert. Wegen der kleinen körperlichen Größe derartiger Betätigungsschalter und der Häufigkeit der Schaltvorgange besteht ein Nachteil derartiger Systeme im Verschleiß der Kontakte des Schalters und der Funkstörung durch ihre Arbeitsweise, Durch die Erfindung sollen die Nachteile bekannter Betätd gungsschalter vermieden werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein thermischer Betätigungsschalter, der aus einem geschlossenen Behälter aus wärmeleitfähigem Material besteht, wobei der Behälter mit einem Stoff gefüllt ist, ein auf Wärmeänderungen ansprechendes Element und ein Betätigungsglied aufweist. Mit dem Behälter steht eine Heizung in wärmetauschender Beziehung und es ist ein Kizblblech vorgesehen, wobei die Anordnung derart ist, daß,wenn die Temperatur in dem Behälter durch die Heizung auf einen vorbestimmten Wert erhöht wurde, der Druck im Behälter wirksam wird, um zu bewirken, daß das auf Wärmeänderungen ansprechende Element das Betätigungsglied in eine Arbeitslage bewegt, wobei das Betätigungsglied gleichzeitig eine Berührung des Kühlbleches mit dem Behälter herbeiführt, wodurch die zu der Wärmemenge die notwendig ist, um das Betätigungsglied in seiner Arbeitslage zu halten, überschüssige Wärmeenergie vernichtet werden kann.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung,in der eine iusführungsform der Erfindung beispielhaft veranschaulicht ist, beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen thermischen Betätigungsschalters, in der der Behälter in Richtung des Kühlbleches bewegt wird und Fig. 2 einen Schnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, in der das Kühlblech in Richtung des Behälters bewegt wird.
Bezugnehmend auf die Zeichnung zeigt Figur 1 einen erfindungsgemäßen thermischen Betätigungsschalter mit einem geschlossenen Behälter 10 aus wärmeleitfähigem Material. Der Behälter 10 weist ein auf Wärmeänderungen ansprechendes Element in Form eines flexiblen Metallbalges 11 auf, der dazu dient, eine zweckentsprechende Flüssigkeit 12 in dem Behälter 10 einzuschließen. Das Unterende des Balges 11 ist über eine Stange 13 mit dem Oberende einer Wärmeisolationshaube 14 verbunden, welche den Behälter 10 thermisch von der Umgebung isoliert. Eine Schraubenfeder 15 häl-t den Balg 11 und die Haube 14 in Abstand zueinander. Eine elektrische Heizspirale 16 umgibt den Behälter 10 und ist derart ausgebildet, daß sie von einer geeigneten Energiequelle erregt werden kann (nicht dargestellt).
Der Betätigungsschalter weist einedlauptventilkörper 17 auf, der aus einem Flüssigkeitseinlaß 18 und einem Flüssigkeitsauslaß 19 besteht und gleichzeitig ein Kühlblech 20 dem Unterende des Behälters 10 gegenüberliegend aufweist. Im Ventilkörper 17 ist ein Ventilsitz 21 ausgebildet und ein Ventildeckel 22 in Zusammenwirkung mit dem Ventilsitz 21 dient zur Trennung des Einlasses 18 vom Auslaß 19. Der Ventildeckel 22 ist gegen die Spannung einer Schraubenfeder 23 mittels einer Betätigungsstange 24 beweglich, welche gleitbar in dem Kühlblech 20 gelagert ist. Das Oberende der Stange 24 stützt sich gegen das Unterende des Behälters 10 und gleichzeitig ist eine Dichtung 25 in Verbindung mit der Stange 24 vorgesehen, um eine flüssigkeitsdichte Passung mit dem Auslaß 19 zu gewährleisten. Die gegenüberliegenden oder zusammengehörenden Flächen des Behälters 10 und des Kühibleches 20 sind von einem flexiblen Gehäuse 26 umschlossen, um das Eintreten von Schmutz oder anderen Fremdstoffen zu v1eEhindern, welche den Wärmeübergang zwischen dem Behälter/und dem Kühlblechystören könnten.
Im Betrieb kann der Ventildeckel 22 vom Ventilsitz 21 durch Erregen der elektrischen Heizspirale 16 bewegt werden, wodurch Einlaß 18 und Auslaß 19 verbunden werden. Die zugeführte Wärme bewirkt ein Ausdehnen der Flüssigkeit 12, wodurch der Balg 11 zusammengedrückt wird, bis das Unterende des Behälters 1Q das Kühlblech 20 berührt. Wenn die Energiequelle der Heizspirale geschaltet wird, wird die in dem Behälter 10 gespeicherte Wärme schnell durch das Kühlblech 20 und åede daran vorbeiströmende Flüssigkeit abgeführt. Dadurch wird ebenfalls die Flüssigkeit 12 schnell abgekühlt, wodurch wiederum der Balg 11 sich ausdehnt und die Feder 23 den Ventildeckel 22 auf den Ventilsitz 21 drücken kann.
Aus dem Vorangegangenen ist es ersichtlich, daß durch die beschriebene Anordnung elektrische Schaltvorgänge und die damit verbundenen Probleme vermieden werden und das gleichzeitig die Fehlergefahr im Betrieb verringert wird.
Ein derartiges System, bei dem der Behälter derart angeordnet ist, daß er auf das Kühlblech au/bewegt wird, ist bei einem Ventil von Vorteil, welches einen Wasserstrom steuert, bei dem die Maximaltemperatur des Wassers bekannt ist. In einen derartigen Falle trägt das in dem Ventil enthaltene Wasser zu dem Kühleffekt des Kiihlbleches bei, so daß die Wärmeabfuhr des Ventiles zusammen mit dem Wasser im Verhältnis zur maximal möglichen elektrischen Heizungsenergie als unendlich betrachtet werden kann, und daß die Wärmemenge, die praktisch abgeführt werden kann, lediglich durch die Wärmeleitfähigkeit der betreffenden Bauteile begrenzt wird.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungagemäßen Betätigungsschalters,wie in Figur 2 veranschaulicht, ist das Kühlblech in Richtung des Behälters beweglich. In Figur 2 ist eine Flüssigkeit 27 durch einen abgedichteten Behälter 28 und einen flexiblen Metallbalg 29 umschlossen. Das Oberende des Balges 29 wird über ein Ende einer Schraubenfeder 31, deren anderes Ende in einen Träger 32 für ein Kühlblech 33 eingreift, in Berührung mit einer Betätigungsstange 30 gehalten. Der Träger 32 ist an dem Stößel 30 mittels Dichtungsscheiben 34 angeordnet. Der Behälter 28 weist eine elektrische Heizspirale 35 auf und ist durch Verstrebungen 36 an einer Wärmedänimplatte 37 befestigt.
Der beschriebene Betätigungsschalter kann dazu dienen, ein Ventil (nicht dargestellt) auf gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform der Erfindung zu betätigen, wobei der einzige Unterschied darin besteht, daß das Eühlblech 33 nicht den zusätzlichen Vorteil der Wårmeabfuhr durch die durch das Ventil strömende Flüssigkeit aufweist.
Obwohl die Erfindung von besonderer Zweckmäßigkeit ist, wenn sie in Verbindung mit Ventilen angewendet wird, ist sie jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt und ist gleichermaßen zweckmässig für andere Verwendungen, in denen ein erfindungsgemäßer Betätigungsschalter angewendet werden kann. In gleicher Weise ist der erfindungsgemäße Betätigungsschalter nicht auf Fälle beschränkt, in denen der Balg eine Flüssigkeit in dem Behälter einschließt, sondern gleichermaßen kann der Balg jedes Flüssigkeits-Dampf-Gemisch oder sogar ein zweckmäßiges Wachs einschließen.
Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bed-eutung.

Claims

PATENT ANSPRU C RE

U Thermischer Betätigungsschalter mit einem abgedichteten Behälter aus wärmeleitfähigem Material, der eine Substanz enthält und ein auf Wärme änderungen ansprechendes Element und ein Betätigungsglied aufweist, mit einer Heizvorrichtung in wärmetauschender Beziehung zu dem Behälter und mit einem Kühlblech, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß der Druck in dem Behälter (10), (28), wenn die Temperatur in dem Behälter (10, 28) durch die Heizvorrichtung (16, 35) auf einen vorbestimmten Wert erhöht wurde, bewirkt, daß das auf Wärmeänderungen ansprechende Element (11, 29) das Betätigungsglied (13, 24, 30) in eine Arbeitslage bewegt, wobei das Betätigungsglied (13, 24, 30) gleichzatig dazu dient, den Kontakt zwischen dem Behälter (10, 28) und einem Kühlblech (20, 33) herzustellen, wodurch die Wärmemenge abgeführt werden kann, die im ueberschuß zu der Wärmemenge vorhanden ist, die notwendig ist, um das Betätigungsglied (13, 24, 30) in seiner Arbeitsstellung zu halten.
2. Betätigungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (10) derart ausgebildet ist, daß er auf das Kühlblech (20) bewegt wird und das Betätigungsglied (13, 24) ein einen Wasserstrom steuerndes Ventil betätigt.
3. Betätigungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Wärmeanderungen ansprechende Element (11) aus einem flexiblen Metallbalg (11) besteht, dessen bewegliches Ende mit einer wärmeisolierenden Haube verbunden ist, welche den Behälter (10) von der Umgebung thermisch isoliert.
4. Betätigungsschalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (16) aus einer elektrischen Heizspule (16) besteht, die von einer geeigneten Energiequelle erregt werden kann.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil aus einem Hauptventilkörper (17) besteht, der mit einem Einlaß (18) und einem Auslaß (19) ausgebildet ist und das Kühlblech (20) einschließt, welches dem Behälter (10) gegenüberliegend angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptventilkörper (17) einen Ventilsitz (21) zum Zusammenwirken mit einem Ventilkopf (22) aufweist, der mit dem Betätigungsglied (24) verbunden ist und gegen den Ventilsitz (21) federnd gehalten wird, wobei sich das Betätigungsglied (24) verschiebbar durch das Kühlblech (20) erstreckt und an dem gegenüberliegenden Ende des Behälters (10) anliegt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberliegenden oder zusammengehörigen Oberflächen des Behälters (10) und des Kühlbleches (20) durch ein flexibles Gehäuse (26) umschlossen sind, um den Eintritt von Schmutz oder anderen Fremdteilen zu verhindern, welche den Wärmeübergang zwischen dem Behälter (10) und dem Kühlblech (20) stören könnten.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlblech (33) derart angeordnet ist, daß es auf den Behälter (28) bewegt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Wärmeänderungen ansprechende Element (29) als flexibler Metallbalg (29) ausgebildet ist, dessen bewegliches Ende durch das Betätigungsglied (30) mit einem Träger (32) des Kühibleches (33) verbunden ist und daß der Behälter (28) mittels Streben (36) an einer Wermedämmplatte (37) befestigt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (35) aus einer elektrischen Heizspirale (35) besteht, die von einer geeigneten Energiequelle erregt werden kann.
11. Betätigungsschalter nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Behälter (10, 28) befindliche Substanz eine Flüssigkeit, ein Flüssigkeits-Dampf-Gemisch oder ein Wachs ist.