DE2620802B2 - Temperaturabhängiges Betätigungselement für Schalter oder Regler, insbesondere für Sicherheitstemperaturbegrenzer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein temperaturabhängiges Betätigungselement für Schalter oder Regler, insbesondere für Sicherheitstemperaturbegrenzer in Form eines aus einem Temperaturfühlergehäuse sowie einer über ein Verbindungsrohr mit dem Fühlergehäuse in Verbindung stehenden Schalt-Membrandose bestehenden Dampfdrucksystems, welches mit einer unterhalb der Schalttemperatur siedenden Füllflüssigkeit gefüllt ist.

Bei derartigen bekannten Dampfdrucksystemen, welche als Antrieb für Temperaturüberwachungs- und Regelorgane benützt werden, dient die Membrandose als Antriebsorgan für die Schalteinrichtung. Wird nun die Flüssigkeit im Fühlergehäuse durch das zu überwachende Medium erhitzt und auf eine Temperatur gebracht, die höher ist als der Siedepunkt der Füllflüssigkeit, so entsteht im Fühlergehäuse ein der Temperatur entsprechender Dampfdruck, welcher über die Füllflüssigkeit auf die Membrandose übertragen wird, die dem Innendruck nachgibt und damit eine Hubbewegung ausführt, die zur Schalterbetätigung ausgenützt wird. Bei einem derartigen Dampfdrucksystem besteht zum einen die Gefahr, daß sich ein sogenannter Siedeverzug ergibt, dessen Größe von der Anwesenheit von Gasbläschen in der Füllflüssigkeit abhängt und um so geringer ist, je mehr Luft die Füllflüssigkeit enthält. Einen derartigen Siedeverzug versuchte man bei einer bekannten Einrichtung (britische Patentschrift 12 96 977) dadurch zu vermeiden, daß man in das Ausdehnungssystem Partikel mit scharfen Kanten einbringt, an denen sich die Dampfblasen bilden können und von wo sie abreißen. Zum anderen kann sich in einem derartigen System in den Fällen eine schädliche Erhöhung des Siedepunktes einstellen, bei denen der Siedepunkt der Füllflüssigkeit niedriger ist als die maximal mögliche Umgebungstem-Deratur an der Membrandose bzw. an der Schalteinrichtung. Hierbei kann es vorkommen, daß zu Beginn eines Aufheizvorganges z. B. innerhalb eines Heißwasserbereiters der Temperaturfühler, der die Temperatur des zu überwachenden Mediums abfühlt, eine niedrigere Temperatur aufweist als die Temperatur der Umgebung der Membrandose. In diesem Fall bildet sich in der Membrandose eine Dampfblase, die einen Druck im Inneren des Systems hervorruft, welcher auf der im Fühlergehäuse befindlichen Flüssigkeit lastet und eine

ίο entsprechende Erhöhung des Siedepunktes im Fühlergehäuse bewirkt. Die genannten, sich oft summierenden Einflüsse können bewirken, daß eine Schalthubbewegung der Schaltmembran der Membrandose erst bei einer wesentlich über der vorbestimmten Soll-Schalttemperatur liegenden Temperatur erfolgt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein temperaturabhängiges Betätigungselement der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine schädliche Beeinflussung des Dampfdrucksystems infolge Siedeverzug und/oder Siedepunkterhöhung weitgehend vermieden wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß sich in dem Fühlergehäuse eine komprimierbare Gasmer.ge befindet, deren Volumen bei einer Fühlertemperatur unterhalb des Siedepunktes der Füllflüssigkeit gleich oder größer ist als das Volumen der Flüssigkeit der Membrandose. Durch die Erfindung kann eine Druckerhöhung im Fühlergehäuse und somit eine Erhöhung des Siedepunktes der Füllflüssigkeit im Bereich des Fühlers infolge des Einflusses einer höheren Umgebungstemperatur im Bereich der Membrandose vermieden werden. Beim Auftreten einer derartigen erhöhten Temperatur, die höher ist als die Siedetemperatur der Füllflüssigkeit kann nach der Dampfbildung in der Membrandose die in der Membrandose befindliche Flüssigkeit vollständig in das Fühlergehäuse und in das vorzugsweise als Kapillarrohr ausgebildete Verbindungsrohr unter Komprimierung des Gasinhaltes verdrängt werden, ohne daß der statische Flüssigkeitsdruck im Fühlergehäuse und damit der Siedepunkt dieser Flüssigkeit spürbar erhöht wird. Es wurde gleichzeitig erkannt, daß ein Luftvolumen im Temperaturfühler den gleichen Effekt erzielt wie die eingebrachten Partikel bei der eingangs zitierten bekannten Einrichtung und zugleich verhindert wird, daß im Falle einer Verdampfung der Flüssigkeit in der Membrandose eine Verfälschung der Schalttemperatur infolge Druckerhöhung im Fühlergehäuse erfolgt. Die im Fühlergehäuse z. B. in Form einer Luftblase befindliche Gasmenge bewirkt also eine Siedeerleichterung für die Flüssigkeit im Fühlergehäuse, in dem von dieser Gasmenge ein Teil in der Flüssigkeit in Lösung geht und bei der Siedetemperatur der Flüssigkeit Kondensationskerne für die Bildung der Dampfblasen bildet.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß das Gasvolumen innerhalb des Fühlergehäuses um wenigstens 10% größer ist als das Volumen der Flüssigkeit innerhalb der Membrandose. Je größer die Luftblase ist, das heißt je weniger die Luftblase zur Aufnahme des Membranflüssigkeitsvolumens komprimiert werden muß, desto geringer kann der dem Luftkompressionsdruck entgegenwirkende Dampfdruck beim Erreichen der Siedetemperatur in der Membrandose sein und desto geringer wird die sich ergebende Siedepunkterhöhung sein. Bei entsprechend großem Volumen der Dampfblase wird sich die Flüssigkeit-Dampfgrenze entsprechend weit weg von dem Membrangehäuse in Richtung Fühlergehäuse, das

heißt in Richtung eines Bereiches mit kühlerer Umgebungstemperatur verschieben, was eine positive Wirkung auf die Druckverhältnisse im Fühlergehäuse hat.

Damit das Fühlervolumen wegen der einzubringenden Gasmenge nicht unnötig groß gemacht zu werden brauch! und ein trotzdem ausreichend großer Gesamthub vorhanden ist, beträgt das Füllflüssigkeitsvolumen der Membrandose nur einen Bruchteil des Volumens des Fühlergehäuses.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachstehend erläutert.

In der Zeichnung ist das Betätigungselement in vergrößertem Maßstab dargestellt Mit 1 ist ein hermetisch verschlossenes Fühlergehäuse bezeichnet, welches über ein Kapillarrohr 2 mit einer Membrandose 3 verbunden ist Fühlergehäuse 1 sowie Membrandose 3 sind in Schnittansicht dargestellt In den vorgenannten Teilen ist eine Füllflüssigkeit 4 enthalten, weiche einen vorbestimmten Siedepunkt z. B. bei 5O⁰C besitzt. Das Fühlergehäuse 1 stellt zusammen mit seiner Füllflüssigkeit einen Temperaturfühler dar, welcher mit einem zu überwachenden Medium, z. B. mit dem Wasser innerhalb eines Heißwasserbereiters in thermischer Kopplungsverbindung steht Die Membrandose 3 besitzt eine Arbeitsmembran 5 mit einem Betätigungsansatz 6. Bei Überschreiten der Siedetemperatur im Fühlergehäuse 1 verdampft die Füllflüssigkeit 4, wobei der sich ausdehnende Dampf einen Druck auf die Flüssigkeitssäule im Kapillarrohr 2 sowie in der Membrandose 3 ausübt, was wiederum eine Hubbewegung der Arbeitsmembran 5 sowie des Betätigungsansatzes 6 bewirkt. Mit dieser Hubbewegung des Betätigungsansatzes 6 kann ein nicht dargestellter Schalter oder Regler z. B. ein Sicherheitstemperaturbegrenzer geschaltet werden. Bei einem derartigen Dampfdrucksystem können sich physikalisch bedingte Schwierigkeiten ergeben, und zwar ein sogenannter Siedeverzug, der speziell bei Flüssigkeiten mit höherem spezifischen Gewicht besonders ausgeprägt auftreten kann sowie eine sogenannte Siedepunkterhöhung, die in den Fällen Schwierigkeiten bereitet, bei denen der Siedepunkt der Füllflüssigkeit niedriger ist als die maximal mögliche Umgebungstemperatur an der Membrandose bzw. an der Schalteinrichtung. Bei solchen Betriebsbedingungen kann es vorkommen, daß zu Beginn eines Aufheizvorganges der Fühler, der die Temperatur des zu überwachenden Mediums abfühlt, eine niedrige Temperatur aufweist als die Temperatur der Umgebung des Membrankörpers. In diesem Fall bildet sich dann zuerst in der Membrandose eine Dampfblase, die je nach verwendeter Füllflüssigkeit einen Druck im Inneren des Dampfdrucksystems hervorruft. Dieser Druck lastet dann auf dur im Temperaturfühler befindlichen Flüssigkeit und bewirkt gemäß dem herrschenden Innendruck eine entsprechende Erhöhung des Siedepunktes.

Zur Vermeidung der vorgenannten Schwierigkeiten befindet sich in dem Fühlergehäuse i eine komprimierbare Gasmenge 7, deren Volumen Va bei einer Fühlertemperatur unterhalb des Siedepunktes der Füllflüssigkeit 4 gleich oder größer ist als das Volumen Vb der Flüssigkeit 4 der Membrandose 3. Vorzugsweise ίο ist das Gasvolumen Va innerhalb des Fühlergehäuses 1 um wenigstens 10% größer als das Volumen Vb der Flüssigkeit innerhalb der Membrandose 3. Das Volumen der im Fühlergehäuse 1 eingeschlossenen Gasmenge ist so groß gewählt, daß das in der Membrandose 3 is befindliche Flüssigkeitsvolumen Vb unter Komprimierung der Gasmenge 7 zur Gänze im Temperaturfühler aufgenommen werden kann, nämlich dann, wenn an der Membrandose eine Temperatur auftritt, die höher als der Siedepunkt der Füllflüssigkeit 4 ist In diesem Fall bildet sich in der Membrandose 3 eine Dampfblase, welche die Füllflüssigkeit 4 aus der Membrandose in Richtung des Fühlergehäuses 1 verdrängt, wobei sich die Naßdampfgrenze in Richtung des Fühlergehäuses 1 verschiebt, abhängig von der Größe der komprimierba- 2^r> ren Gasmenge 7. Je weniger die Gasmenge 7 zur Aufnahme der Membranflüssigkeitsvolumens komprimiert werden muß, das heißt je größer das Volumen Va dieser Gasmenge ist desto geringer kann der dem Luftkompressionsdruck entgegenwirkende Dampf-JO druck sein und desto geringer wird die sich ergebende Siedepunktserhöhung sein. Da der dem Luftkompressionsdruck entgegenwirkende Dampfdruck von der Temperatur, die an der FlüssigkeitsDampfgrenze (Naßdampfgrenze) herrscht, bestimmt wird, wird sich diese Flüssigkeits-Dampfgrenze bei entsprechend großer Gasmenge weit weg von der Membrandose 3 im Kapillarrohr 2 verschieben, z. B. bis zum Eingang des Fühlergehäuses 1 hin. Diese Naßdampfgrenze befindet sich somit in einem relativ kühlen Bereich, was bedeutet, daß der herrschende Dampfdruck entsprechend gering ist.

Das in dem Fühlergehäuse 1 eingeschlossene Gas

bildet gleichzeitig eine Siedeerleichterung für die im

Fühlergehäuse » befindliche Füllflüssigkeit 4. Durch die

« Anwesenheit dieser Gasmenge z. B. der Luftblase wird der sogenannte Siedeverzug spürbar verringert.

Aus der Zeichnung ist zu entnehmen, daß das Flüssigkeitsvolumen der Membrandose 3 um ein Mehrfaches kleiner ist als das Volumen des Fühlergehäuses 1, wodurch trotz ausreichend geringer Dimensionierung des Fühlergehäuses 1 ein ausreichend großer Arbeitshub bzw. Schalthub an der Membrandose erreicht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Temperaturabhängiges Betätigungselement für Schalter oder Regler, insbesondere für Sicherheitstemperaturbegrenzer, in Form eines aus einem Temperaturfühlergehäuse sowie einer über ein Verbindungsrohr mit dem Fühlergehäuse in Verbindung stehenden Schalt-Membrandose bestehenden Dampfdrucksystems, welches mit einer unterhalb der Schalttemperatur siedenden Füllflüssigkeit gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Fühlergehäuse (1) eine komprimierbare Gasmenge (7) befindet, deren Volumen (Va) bei einer Fühlertemperatur unterhalb des Siedepunktes der Füllflüssigkeit (4) gleich oder größer ist als das Volumen (Vb) der Flüssigkeit (4) der Membrandose (3).

2. Temperaturabhängiges Betätigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasvolumen (7) innerhalb des Fühlergehäuses (1) um wenigstens 10% größer ist als das Volumen (Vb)der Flüssigkeit (4) innerhalb der Membrandose (3).

3. Temperaturabhängiges Betätigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllflüssigkeitsvolumen (Vb) der Membrandose (3) nur einen Bruchteil des Volumens des Fühlergehäuses (1) beträgt.