NO155557B - Termostatisk foeler og framgangsmaate for framstilling av slik. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en termostatisk føler av det slag som er angitt i innledningen til patentkrav 1. Dessuten vedrører oppfinnelsen en framgangsmåte for framstilling av en termostatisk føler i samsvar med patentkrav <6>.

Slike følere er i første rekke beregnet for tempera-turregulerende ventiler, eksempelvis radiatorventiler.

Det er allerede kjent flere forskjellige utførelser

av termostatiske følere, bl.a. gassfylte følere samt følere med væskefylling og voksliknende fylling av ulike sammen-setninger.

De gass- og væskefylte følerne inneholder stoffer

som etyleter, aceton o.l. og må for tetthetens skyld framstilles helt av sammenleddete metalldeler. Dette medfører en meget besværlig prosess, som fordyrer produksjonen betraktelig og allikevel blir resultatet et produkt, som er følsomt overfor forstyrrelser og med begrenset levetid. Bortsett fra dette er håndteringen av de fleste aktuelle gasser og væsker forbundet med hygieniske problemer og delvis helsefare. De gassfylte følere gir dessuten lav reguleringseffekt og liten slaglengde. Sistnevnte representerer også en karakteristisk svakhet ved de væskefylte følerne.

Følere med voksfylling av et eller annet slag gir

ved stor slaglengde/°C altfor stor hysterese på grunn av stor konstruksjonsbetinget indre friksjon. En kjent føler med voksfylling omfatter en mindre og kortere uelastisk metallbeholder med tilnærmet utkragete kanter, for på denne måte å spenne omkring en gummimembran, som avskjermer en voksfylling i beholderen, samt omkring en flens på et rørlik-nende legeme som opptar et stempel i sin frie ytterende. Mellom stemplet og membranen er det anbrakt en løs gummi-propp for å overføre voksfyllingens termostatiske bevegel-

ser fra membranen til stempelet. Dette er en komplisert konstruksjon, som er følsom overfor forstyrrelser, og som selvfølgelig - likesom alle andre kjente følerkonstruksjoner - er kostbar å framstille.

Tysk offentliggj øringsskrift 1.523.392 beskriver en giver med en metallbelg omgitt av ei væske. I sikker avstand fra metallbelgen finnes det andre medium, som kan være eksempelvis en voks, 03 som er anordnet i eller med tilknytning til væska. Hensikten med dette er å unngå de pro-blemene som oppstår når en metallbelg kommer i direkte berør-ing med et medium som endrer aggregattilstand.

I dette skriftet nevnes, at det er kjent å benytte et ekspanderende medium som veksler aggregattilstand innenfor termostatens arbeidsområde, slik at det skjer en sprangvis volumforandring ved overgang fra fast til flytende og omvendt. Skriftet beskriver denne kjente teknikken slik : "Ulempene ved disse utførelsesformene står hovedsakelig i, at beholderne til termostater som er utrustet med metallbelger som fjørrør eller membrankammer, hittil ikke har kunne fylles med slike medier, som veksler aggregattilstand innenfor termostatens arbeidsområde, fordi de krystallene som dannes ved overgangen fra flytende til fast tilstand fikserer foldene i metall-fjørrør eller membrankammeret. På denne måten kan det ved bevegelser i belgen eller membrankammeret oppstå skader på dette elementet, som under visse forhold kan føre til en mekanisk ødeleggelse av dette. I alle tilfeller opptrer på denne måten sterke friksjonskrefter. En har derfor ved slike termostater hittil vært tvunget til å bruke arbeidsstempler som rager inn i ekspansjonsmiddelbeholderen, i stedenfor belgformete avslutningsorgan."

De funksjonskrav som en tilfredsstillende føler idag helst skal oppfylle er følgende: Stor slaglengde /°C innenfor det aktuelle temperaturreguler-ingsområdet, stor reguleringseffekt, lav hysterese, liten dødtid dvs. tid som går med fra en temperaturendring inntrer inntil føleren begynner å reagere på den endrete temperatur, passende tidskonstant, dvs. den tid som medgår fra føleren begynner å reagere på den endrete temperaturen inntil den har stilt seg inn på eksempelvis 6Z% av sluttverdien, som for radiatorventiler vanligvis er på 20-30 min., passende reguleringsområde, hvilket for radiatorventiler er eksempelvis 8-26°C, og prinsippiell anvendelighet for fjernmanøvrering.

Foruten de angitte funksjonskravene stilles det også krav i forbindelse med framstillingen, dvs. produksjonsmeto-der som tillater enkel, billig og hurtig masseproduksjon samt anvendelse av komponenter som er ufarlige fra et hygie-nisk og helsemessig synspunkt.

De tidligere kjente følere oppfyller ikke disse krav

i kombinasjon.

Oppfinnelsen tar derfor sikte på å skaffe en termostatisk føler som i det minste hovedsakelig oppfyller foran-nevnte krav i kombinasjon. Dessuten tilsikter oppfinnelsen også i andre henseender å forbedre og videreutvikle teknikken på dette fagområde.

I samsvar med oppfinnelsen blir dette realisert ved

at en termostatisk føler av det innledningsvis angitte slag i hovedsaken er således beskaffen som angitt i den karakteriserende delen av patentkrav 1. En slik føler forener i

seg på en ideell måte samtlige funksjons- og produksjons-krav og er forholdsvis ukomplisert, slik at det tillates en enkel, hurtig og billig framstilling og montering. Fram-gangsmåten ifølge oppfinnelsen utmerker seg ved de trekk som angis i første framgangsmåte-krav. Eksakte kalkyler har vist at termostatiske følere ifølge oppfinnelsen kan framstilles til en pris som bare utgjør 1/3. - 1/5 av prisen på tidligere kjente følere. Prøver har vist at hysteresen hos vanlige vokselementer utgjør ti,6-0,7°C, hos vanlige væske-elementer 0,3-0,6°C og hos følerne ifølge oppfinnelsen 0-2-0,3°C. Samtlige av disse verdier er målt med en termo-stat montert på en radiatorventil, hvilket innebærer at og-så friksjonen i ventilen iberegnes og ovennevnte forskjel-ler er etter alt å dømme enda større, slik at oppfinnelsen tilkjennes enda større betydning.

Ytterligere fordeler med og trekk ved oppfinnelsen framgår av etterfølgende detaljbeskrivelse under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser en termostatisk føler ifølge oppfinnelsen for direkte montasje på eksempelvis en ventil, sett i aksialsnitt. Fig. 2 viser en modifisert termostatisk føler ifølge oppfinnelsen som er beregnet for fjernmanøvrering, sett i aksialsnitt, og

fig. 3 er et diagram som viser effektivitetsforskjel-lene mellom to tidligere kjente termostatiske følere og en termostatisk føler ifølge oppfinnelsen.

Føleren ifølge fig. 1, som er beregnet for direkte montasje på en ikke vist ventil, omfatter et kar eller en beholder 1 av uelastisk materiale, fortrinnsvis metall, som hensiktsmessig har sylindrisk begerform, idet den frie beholderkanten 12 er tilnærmet utkraget og deretter ombøyd, for å omspenne og forankre, regnet i retning fra beholderens bunn: en ringformet pakning 4, den frie kanten eller åp-ne enden 13 av en belg 3, fortrinnsvis av plast, særlig acetalplast, og ei skive 5, fortrinnsvis av metall og med et sentralt hull 14 for et stempel 6 av plast eller metall. Stemplet 6 kan bestå av ei rett sylindrisk stang, som med den enden, som befinner seg i beholderen 1, har anlegg mot og kan være festet til belgens 3 bunn 15, som er anordnet planparallelt med og i avstand fra beholderens bunn 17.

Mens belgens 3 indre kommuniserer med atmosfæren via spalten mellom stemplet 6 og hullets 14 kant, er mellomrommet mellom belgen og beholderen fylt med en voksblanding 2 av i og for seg kjent slag. Det kan med fordel benyttes en parafinblanding med lavt smeltepunkt, idet det eventuelt kan oppnås enda bedre forutsetninger ved synteser eller se-parasjoner.

Når temperaturen i voksblandingen 2 stiger som føl-ge av beholderens 1 oppvarming, går voksblandingen over fra fast til flytende form under kraftig volumøkning. Dette med-fører sammenpressing av belgen 3 slik at stemplet 6 blir skjøvet ut for å utføre den tilsiktete reguleringsbevegelse. Ved synkende temperatur blir forholdet det motsatte. Dersom stemplet ikke er festet til belgbunnen 15, kan ei ikke vist fjær føre stemplet tilbake og holdet det i stadig anlegg mot belgbunnen.

Det er åpenbart at en slik enkel utførelse også kan framstilles hurtig, enkelt og billig. Stemplet, skiva og beholderen kan masseproduseres hurtig og greit til ekstremt lave priser, dersom det ikke foretrekkes å benytte enkel handelsvare til disse deler. Også belgen kan lett masseproduseres ved forming i plast, og en voksblanding byr eller ikke på problemer av noe slag.

Med hensyn til sammensetningen av de enkelte deler innebærer konstruksjonen ifølge oppfinnelsen ytterligere fordeler. I samsvar med én framgangsmåte kan belgen omgis med eksakt utfyllende og formtilpasset voksmasse ved ned-dypping i flytende voks i sammenpresset eller ekspandert form, med eller uten vibrasjonsanordning for å fjerne luftblærer, slik at en enhet bestående av stempel, skive, belg og voksmasse, eksempelvis etter utskjæring eller utstansing av sistnevnte i avkjølt og følgelig stivnet tilstand, på

en enkel måte kan føres inn i beholderen. Dennes frie kant 12 er utkraget og eventuelt et stykke forlenget forover, slik at den frie kant 12, etter innføringen av nevnte enhet

i beholderen, enkelt og lett kan ombøyes for sikker fast-holdelse og lekkasjefri forankring av nevnte enhet.

På grunn av kombinasjonen mellom en belg i passende plastmateriale og en voksfylling oppnås det en ytterst billig og allikevel helt ut pålitelig termostatisk føler med en slaglengde og lav hysterese uten sidestykke. Også nevnte dødtid blir betraktelig mindre enn ved tidligere kjente følere.

En foretrukket framgangsmåte for framstilling henholdsvis montering av en termostatisk føler i samsvar med oppfinnelsen er som følger: Beholderen 1 anbringes i en ikke vist fastspenningsanordning med vibrasjonsinnretning for hurtig fjernelse av eventuelle luftblærer. Det blir så fylt på et passende voks eller en voksblanding ved en slik temperatur at vokset eller voksblandingen er lettflytende, hvilket fortrinnsvis er tilfellet ved 30°C. Deretter festes belgen 3 og metallskiva 5 på en ikke vist dor ved hjelp av en sugekilde, som suger belgen sammen. Belgen og metallskiva føres deretter inn i beholderen, hvoretter beholderkragen 12 blir presset sammen omkring metallskiva. Hele dette fram-stillings- eller monteringsforløp kan skje automatisk. Etter at undertrykket er opphevet, ekspanderer belgen automatisk og vil derved trenge bort det lettflytende mediet i beholderen fra dennes bunn- og midtområde, slik at dette strømmer inn i mellomrommene mellom flensene på belgens utside. Her-ved garanteres en blærefri innføring av voksmedium, som på et senere tidspunkt, alt etter ønsket smeltepunkt, kan gå tilbake til halvflytende eller til og med fast form uten å medføre noen problemer. Vokset eller voksblandingen kan ikke i likhet med en væske eller gass diffundere gjennom plastbelgen og derved gjøre føleren stadig mindre effektiv og tilslutt ubrukelig.

Oppfinnelsen baserer seg således delvis på den tek-niske innsikt at et voks eller en voksblanding av det aktuelle slag ikke kan diffundere gjennom en plastbelg; at en slik belg har den lavest tenkelige hysterese og derved den størst tenkelige slaglengde, og at belgen kan omgis av voks eller voksblanding i flytende eller halvflytende form, eventuelt under anvendelse av vibrasjonsinnretning, for å sikre at luftinneslutninger blir unngått.

Særlig for termostater, som blir montert direkte på radiatorventilen er det viktig at varmeoverføringen fra ventilen til føleren er så liten som mulig. Dessuten er termo-staten følsom overfor ytre temperaturforandringer. Også disse omstendigheter er det tatt hensyn til når det ifølge.oppfinnelsen blir foreslått plast som materiale med lav varmeledningsevne for de indre følerdelene og metall som materiale med høy varmeledningsevne for de ytre delene av føleren. Ytterligere fordeler med en plastbelg, særlig i acetalplast, er dens høye utmattingsfasthet og gode fjæringsegenskaper.

Fig. 2 viser en modifisert føler ifølge oppfinnelsen for fjernmanøvrering. Den følerdel I, som vises til vens-tre i fig. 2, stemmer overens med utførelsen ifølge fig. 1, bortsett fra at stemplet 6 mangler og hullet 14 fortrinnsvis er gjort trangere for opptak av et kapillarrør 7, som strek-ker seg inn i bunnenl6 på en aktiveringsdel/^apillarrøret 7 er tettende innfestet i henholdsvis skiva 5 og beholderbunnen 16, eksempelvis ved sveising. Følerbeholderens belg 3 inneholder i dette tilfellet en væske- eller gassfylling 18, f.eks. silikonolje, istedenfor stempel.

Delens II beholder 8 og også belgen 9 samt skiva 10 og stemplet 11 har hensiktsmessig samme utforming som vist og beskrevet i tilknytning til fig. 1.

Ved volumforandringer i voksblandingen 2 blir belgen 3 i følerdelen I påvirket, slik at den presses sammen eller forlenges. Denne forandring overføres via fyllingen 18 og kapillarrøret 7 til delen II. På denne måten oppnås det en sammentrykking eller forlengelse av belgen 9 i den ut-førende delen ved henholdsvis en sammentrykking eller forlengelse av belgen 3 i følerdelen. Belgens 9 bevegelser over-føres til stemplet 11, som enten kan være festet til belgbunnen 19 og holdes i kontakt med denne ved hjelp av ei ikke vist returfjær.

Fig. 3 viser de klare fortrinn en termostatisk føler ifølge oppfinnelsen har med hensyn til slaglengde og lav hysterese i forhold til både konvensjonelle væske- og voks-fylte termostatiske følere. Det blir fortrinnsvis valgt en slik voksbehandling til en føler ifølge oppfinnelsen at blandingens smeltepunkt ligger mellom 6 og 28°C, slik at den ekstra volumøkning, som er et resultat av smeltingen,

gir et ekstra utslag på stempelets slaglengde. Gjennom valget av voksblandingens sammensetning kan det selvsagt oppnås et smeltepunkt på nesten ethvert ønsket temperatur-nivå, og også vide intervaller mellom blandingens endrete aggregattilstand, dvs. overgangen fra fastere til halvflytende og videre til lettflytende tilstand.

Claims (7)

1. Termostatisk føler, særlig for romtemperaturreguleren.de ventiler eller påvirkning av slike via fjernmanøvrering, omfattende en stort sett uelastisk beholder (1) med en komprimerbar belg (3) og et stempel (6) for å utføre reguleringsbevegelser, og hvor mellomrommet mellom beholderen og belgen er hermetisk lukket og inneholder et medium (2) med god varmeutvidelseskoeffisient, nemlig en voks eller en voksblanding som endrer volum sprangliknende eller ikke-lineært ved endring i sin aggregattilstand, karakterisert ved at belgen (3) er en formblåst plastbelg, og at hele rommet mellom beholderen (1) og belgen (3) også i belgens ytre folder, er fyllt bare med den nevnte voksen eller voksblandingen (2) i direkte kontakt med belgen.

2. Føler i samsvar med krav 1, karakterisert ved at voksen eller voksblandingen endrer aggregattilstand mellom +12°C og +25°C fra fastere til halvflytende eller fra halvflytende til lettflytende tilstand.

3. Føler i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at den omfatter en beholder (1) av metall, som fortrinnsvis har sylindrisk begerform, idet den frie beholderkanten (12) er utkraget og ombøyd for å spenne omkring samt forankre den frie kanten eller åpne enden (13) av belgen (3) samt ei skive (5) fortrinnsvis av metall og utformet med et sentralt hull (14), for opptak av et stempel (6) av plast eller metall.

4. Føler i samsvar med krav 1 beregnet for fjernmanøvrering, med en avfølende del (I) og en utøvende del (II), hvilke deler omfatter hver sin fortrinnsvis begerformete beholder (hhv. 1 og 8), karakterisert ved at delene (I, II) rommer hver sin belg (hhv. 3 og 9) og ei skive (hhv. 5 og 10) som lukker beholderen, idet den avfølgende delens (I) mellomrom mellom belgen og beholderen er utfylt med en voksblanding (2), mens belgens (3) indre er fylt med en væske eller gass (18), eksempelvis silikonolje, og på i og for seg kjent måte kommuniserer med mellomrommet mellom belgen (9) og beholderen (8) til den utøvende delen (II) via et kapillarrør (7), idet det i den utøvende delen (II) er anordnet et stempel (11) inne i belgen (9), hvilket stempel rager ut gjennom et hull i skiva (10).

5. Føler i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at belgen består av acetalplast.

6. Framgangsmåte for framstilling av en termostatisk føler for romtemperaturregulerende ventiler eller påvirkning av slike via fjernmanøvrering, i samsvar med krav 1, hvilken føler omfatter et stort sett uelastisk kar (1) med en komprimerbar belg (3) og et 6tempel (6) for å utføre reguleringsbevegelser, og hvor mellomrommet mellom karet og belgen er hermetisk lukket og fylt med et medium (2) med god varmeutvidelseskoeffisient, nemlig en voks eller voksblanding, som undergår en sprangvis eller ikke-lineær voluraforandring ved endring av sin aggregattilstand, karakterisert ved at en formblåst plastbelg (3) komprimeres for å presse ut all luft mellom dens utvendige folder, hvoretter den føres sammen med en voks eller voksblanding, fortrinnsvis varmet opp til lettflytende aggregattilstand, og at karet (1) etter innføringen av belgen og voksen eller voksblandingen lukkes hermetisk med hensyn til mellomrommet mellom belgens utside og beholderen, som inneholder voksen eller voksblandingen.

7. Framgangsmåte i samsvar med krav 6, karakterisert ved at karet (1) fylles med en voks eller en voksblanding i lettflytende tilstand, at belgen (3) festes på en dor e.l., at belgen deretter føres inn i beholderen i komprimert tilstand, hvor rommet mellom foldene er utglattet, hvoretter karets fri ende eller krage (12) presses sammen omkring den fri belgenden for å opprette hermetisk lukking av mellomrommet mellom belgens utside og beholderen, hvoretter belgen får anledning til å ekspandere.