DE2151420C3

DE2151420C3 - Temperaturregler

Info

Publication number: DE2151420C3
Application number: DE19712151420
Authority: DE
Inventors: Friedrich 7012 Fellbach Feucht
Original assignee: FA OTTO EGELHOF 7012 FELLBACH
Current assignee: FA OTTO EGELHOF 7012 FELLBACH
Priority date: 1971-10-15
Filing date: 1971-10-15
Publication date: 1975-10-02
Also published as: DE2151420A1; DE2151420B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperaturregler mit einem mediumsgefüllten, insbesondere flüssigkeitsgefüllten Temperaturfühler und einem auf das von diesem zu regelnde System einwirkenden membranartigen oder entsprechend wirkenden Organ (nachfolgend »Membrane« genannt), welches auf seiner einen Seite dem sich mit steigender Temperatur des Temperaturfühlers ausdehnenden regelnden Medium, insbesondere Flüssigkeit und auf seiner anderen Seite einem Außendruck ausgesetzt ist.

Derartige Temperaturregler werden vielfach zur Steuerung und Regelung eingesetzt, z. B. in einem Elektrothermostaten zum Betätigen eines Schalters, welcher einen Stromkreis ein- oder ausschaltet. Die Arbeitsweise ist hierbei etwa derart, daß bei steigen-

der Temperatur die sich im Fühler befindliche Flüssigkeit ausdehnt und einen Hub der Membrane erzeugt, der zum Betätigen des Schalters herangezogen wird. Dieser schaltet bei sinkender Temperatur am Fühler beispielsweise einen Schaltkreis ein und bei steigender

Temperatur am Fühler den Schaltkreis ab.

Ein Nachteil der bekannten Regler besteht darin, daß bei einem Bruch der den Temperaturfühler mit der Membrandose verbindenden Leitung, insbesondere in Form einer Kapillare, oder bei sonstiger Un-

is dichtheit die Membrane zusammensinkt und dadurch die Anlage einschaltet und dauernd eingeschaltet läßt,

was z. B. bei Feuerungsanlagen sehr gefährlich ist.

Es ist ein Steuerventil für elastische Druckmedien

bekannt (deutsche Offenlegungsschrift 2 034 766), bei

ao der eine unter Federdruck stehende Schnappmembrane einerseits durch Preßluft und andererseits durch die Außenatmosphäre beaufschlagt wird. Steigt der Drurk der Preßluft an, wird die Schnappmembrane aus ihrer nach der Preßluft- bzw. Druckfederseite aus-

»5 gebogenen Lage allmählich flachgedrückt, bis sie bei einem bestimmten Preßluftdruck ihre Totpunktlage überrchr-jitet und hierbei nach der Gegenseite ausgebogen wird. Hierdurch wird ein Ventil derart umgesteuert, daß die Arbeitsluft zur Leerlaufschaltung eines Kompressors geliefert wird. Bei einem Undichtwerden der Preßluftleitung würde die Schnappmembrane in ihre Ursprungsstellung zurückkehren und die Leerlaufschaltung des Kompressors rückgängig machen.

Es ist des weiteren ein automatisches Ventilaggregat (USA-Patentschrift 3 592 215) bekannt, das mit zwei weiteren Membranen zusammenwirkt, von denen die eine ein gasförmiges Arbeitsmedium und die andere ein gasförmiges Reservemedium steuert, der-

art, daß bei einem Nachlassen des Druckes des Ar beitsmediums selbsttätig auf das Reservemedium umgeschaltet wird. Dieses bekannte Ventilaggregat ist verhältnismäßig aufwendig und zur Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ungeeignet.

Ein Druckregler mit Sicherheitseinrichtung im Falle eines Membranbruches oder Druckmangels ist ferner durch die deutsche Offenlegungsschrift 1 953 945 bekannt, bei der eine ein Ventil gemeinsam mit einer Feder steuernde Membrane auf ihrer einen Seite von dem durch das Ventil gesteuerten Druck und auf ihrer Rückseite von Atmosphärendruck beaufschlagt wird. Bei einem Bruch der Membrane gleichen sich die Drücke beiderseits derselben aus, wodurch das von der Membrane gesteuerte Ventil geschlossen wird.

Ähnlich wirkende Druckdosen sind durch die französische Patentschrift 1 201 054 und durch die Zeitschrift Zmsr 5 (1962), Seiten 223 bis 229 bekannt.

Alle diese vorbeschriebenen Regler sind als Druckregler ausgebildet und lassen sich als Temperaturregler nicht ohne weiteres verwenden.

Bekannt ist auch eine Flüssigkeit enthaltende Druckdose mit einer faltenbalgartigen Membrane, bei der ein in die Membrane hineinragender Verschlußkörper mit einer zum Füllen der Druckdose dienenden, nachträglich verschlossenen Hohlfalte versehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Temperaturregler der eingangs genannten Art sicherzustellen, daß der Regler in seinem ganzen Arbeitsbereich zwischen einer niedrigen und einer hohen Temperatur voll funktionsfähig ist, andererseits jedoch - unabhängig von der Temperatur - dann in eine Sicherheitsstellung übergeht, wenn das die Temperatur am Temperaturfühler übertragende System undicht wird oder zu Bruch geht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Membrane als an sich bekannte Schnappmembrane ausgebildet und nach der einen Seite des regelnden Mediums durch Unterdruck so weit vorgespannt ist, daß sie auch bei höchster Temperatur am Temperaturfühler innerhalb des Arbeitsbereiches des Temperaturreglers um einen Sicherheitshub noch unterhalb (diesseits) einer Null-Lage bleibt und erst bei einem Undichtwerden des den Temperaturfühler mit der mediumbeaufschlagten Seite der Membrane verbindenden Systems durch Ausgleich beider Seiten auf Außendruck die Null-Lage überschreitet und dadurch das zu regelnde System - z. B. mittels elektrischen Schalters schnappartig abregelt.

Damit wird gegenüber dem Stand der Technik der Vorteil erzielt, daß der Regler nach einem Bruch des mediumsgefüllten Temperaturfühlers selbsttätig eine Sicherheitsstellung einnimmt. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Temperaturreglers wird im folgenden beschrieben.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 das Gesamtschema einer mit einer erfindungsgemäßen Membrane ausgestatteten Anlage,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Membrane,

Fig. 3 ein Schema für die Wirkungsweise der Membrane und

Fig. 4 ein Diagramm für die Arbeitsweise der Membrane.

Ein mit einer Flüssigkeit gefüllte! Fühler 10 bekannter Bauart ist durch ein Kapillarrohr 11 mit einem Regler 12 (Temperaturweggeber) verbunden. Der Regler 12 weist einen Anschlußteil 13 mit einer mit dem Kapillarrohr 11 verbundenen Bohrung 14 auf, die in den Innenraum 15 einer Membrandose 16 mündet, der durch eine Membrane 17 nach außen abgeschlossen ist. Die Membrane 17 betätigt einen Stößel 18, der einen elektrischen Schalter 19 öffnet oder schließt.

In der Schemazeichnung nach Fig. 3 sind der Fig. 1 entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Wände der Membrandose 16 sind starr ausgebildet, so daß diese an dem Ausdehnungsspiel der den Fühler und den Innenraum 15 der Membrane ausfüllenden Flüssigkeit nicht teilnimmt. Die Membrane 17 besteht gemäß Fig. 3 im wesentlichen aus drei konzentrisch zueinander angeordneten Teilen, nämlich einem starren äußeren Ringteil 20, einem federnden Ringteil 21 und einem starren zentrischen Teil 22, wobei der Teil 20 an seinem Umfange bei 23 gelenkartig mit der Außenwand der Membrandose 16 und der federnde Ringteil 21 wirkungsmäßig gelenkartig mit den Teilen 20 und 22 an den Umfangslinien 24 und 25 verbunden ist.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 ist der federnde Teil 21 durch einen Ring mit wellenförmigem Querschnitt verwirklicht. Die einzelnen Abschnitte 16,20,21 und 22 gehen hiebei stetig ineinander über und sind vorzugsweise aus einem einzigen Materialstück gefertigt. Die Wirkungsweise ist jedoch grundsätzlich die gleiche wie diejenige des Schemas nach F i g. 3.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist im einzelnen den Fig. 3 und 4 zu entnehmen. Normalerweise herrscht nach dem Zusammenbau

ίο von Fühler 10, Kapillarrohr 11 und Regler 12 im Innern 15 der Membrandose ein Unterdruck, so daß die Membrane 17 durch den Außendruck P₀ (Atmosphärendruck multipliziert mit der wirksamen Membranfläche) entgegen ihrer Eigenfederung P_f in die

gestrichelte Lage 17' (Fig. 3) gedrückt wird. Der Umfang 23 wirkt hierbei als Festachse für den als Hebel wirkenden Ringteil 20, wodurch der Abstand D₀ konstant gehalten wird.

Steigt die Temperatur im Fühler 10 und dehnt sich

so dadurch die Flüssigkeit aus, wird ein bei einem von der Temperatur abhängigen Druck P₁ ein Gesamtdruck P₁ = P₁ + P. auf die Membrane in deren Lage 17' ausgeübt, so daß der Ringteil 20 aus dessen Lage 20' um den Rand 23 als Achse gekippt wird und sich

as der Null-Lage 0-0 der Membrane nähert. Der federnde Ringteil 21 wird hierbei durch Zusammendrücken mehr oder weniger vorgespannt, wobei der Durchmesser D_x des Innenteiles 22 ganz oder im wesentlichen ganz konstant gehalten wird, während sich der Durchmesser D, entsprechend dem Schwenkhub Jt des Außenteiles 20 verkürzt.

Die Abmessungen sind nun derart getroffen, daß innerhalb des Arbeitsbereiches A (Fig. 4), z. B. zwischen den Temperaturen 7", und 7"₂, die Membrane einen Hub H ausführt, indem sich der Mittelteil 22 der Membrane aus der Lage 22' der Null-Lage 0-0 bis auf einen Sicherheitsabstand e nähert und der federnde Teil 21 entsprechend entspannt wird. Erst bei einem weiteren Temperaturanstieg AT von T₂ nach T₁, der normalerweise außerhalb des Arbeitsbereiches A der Anlage liegt, würde die Null-Linie durch die Membrane (entsprechend Punkt X₀ des Diagramms Fig. 4) erreicht werden.

Tritt jedoch ein Bruch des Kapillarrohres 11 oder eine sonstige Undichtheit im Flüssigkeitssystem des Fühlers 10 bzw. der Membrandose 12 ein, gleicht sich der Außendruck mit dem Druck im Innenraum 15 der Membrandose aus. Die Eigenfederung P. der Membrane verstellt dadurch die Membrane 17 aus deren Lage 17' über die Null-Lage 0-0 hinaus, wobei im Augenblick des Überschreitens der Null-Lage der zentrische Teil 22 der Membrane sprungartig um den Hub S (bis zum Punkt Λ", des Diagramms Fig. 4) vorwärtsbewegt wird und dadurch mittels des Stößels 18 den Schalter 19 öffnet. Das durch die Membrane 17 zu kontrollierende System, z. B. eine Feuerungsanlage, wird dadurch abgeschaltet.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Schnappmembrane im engeren Sinne, sondern erstreckt sich auch auf Regelorgane, die eine einer solchen Membrane entsprechende erfindungsgemäße Wirkungsweise zulassen, z. B. auch auf mit einem Schnappmechanismus vereinigte Kolben od. dgl. Eine Schnappmembrane hat jedoch den besonderen Vorteil größter Einfachheit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Temperaturregler mit einem mediumsgef QII-ten, insbesondere flüssigkeitsgefüllten Temperaturfühler und einem auf das von diesem zu regelnde System einwirkenden, membranartigen oder entsprechend wirkenden Organ (nachfolgend »Membrane« genannt), welches auf seiner einen Seite dem sich mit steigender Temperatur des Temperaturfühlers ausdehnenden regelnden Medium, insbesondere Flüssigkeit, und auf seiner anderen Seite einem Außendruck ausgesetzt ist, d adurch gekennzeichnet, daß die Membrane als an sich bekannte Schnappmembrane (17) ausgebildet und nach der Seite des regelnden Mediums durch Unterdruck so weit vorgespannt ist, daß sie auch bei höchster Temperatur (T₂) am Temperaturfühler (10) innerhalb des Arbeitsbereiches des Temperaturreglers um einen Sicherheitshub {e) noch unterhalb (diesseits) einer Null-Lage bleibt und erst bei einem Undichtwerden des den Temperaturfühler (10) mit der mediumbeaufschlagten Seite der Membrane (17) verbindenden Systems durch Ausgleich beider Seiten auf Außendruck die Null-Lage überschreitet und dadurch das zu regelnde System - z. B. mittels elektrischen Schalters - schnappartig abregelt.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das als Membrane ausgebildete Organ (17) einen starren oder im wesentlichen starren Teil (20, 22) und einen unter Eigenspannung (P₁) stehenden federnden Teil (21) aufweist, der bei beiderseitigem Druckausgleich infolge seiner Eigenspannung den starren oder im wesentlichen starren Teil entgegen dem Außendruck (PJ über die Null-Lage 0-0 drückt.

3. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das als Membrane ausgebildete Organ (17) einen gelenkig wirkenden starren oder im wesentlichen starren Umfangsteil (20) sowie einen starren oder im wesentlichen starren Mittelteil (22) und einen federnden, den Umfangsteil mit dem Mittelteil verbindenden wellenförmigen Teil (21) aufweist.

4. Regler nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen starren und federnden Teile der Membrane (20, 21,22) sowie ein dieselben am Außenumfang abstützendes Gehäuse (16) aus einem einzigen, die Eigenfederung (P.) mit Schnappwirkung erzeugenden Flachstück geformt sind.