DE1523430A1 - Thermisch empfindliches Kraftmittel - Google Patents

Description

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Dr.lng. E. BERKENFELD · Dipl-lng. H. B ERKEN FE¹ L D, Patentanwälte, Köln

23 430.7 ^E^otewm ²²· August 1968 V/i. ZZTaL The Wilcolator Company

Thermisch empfindliches Kraftmittel

■ Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verbesserungen bei thermisch empfindlichen Kraftmitteln. Spezieller betrachtet, bezieht sich die Erfindung auf ein thermisch empfindliches Kraftmittel, das auf die Verdampfung einer Flüssigkeit in einem hohlen Element anspricht, wodurch dieses Element gedehnt wird, um ein gegebenes Gerät, z. b. einen elektrischen Schalter oder ein Ventil zu betätigen.

Thermisch empfindliche Kraftmittel dieser allgemein beschriebenen Bauart sind bekannt. Bis zum·Zeitpunkt vorliegender Erfindung verdampfte die in diesen Geräten eingeschlossene Flüssigkeit - über einem längeren Zeitraum gemessen - nicht gleichmäßig bei vorgegebenen Temperaturen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß winzige in der Flüssigkeit eingeschlossene Gasmengen die Flüssigkeit bei bestimmten Temperaturen verdampfen lassen. Im Endzustand trennt sich dieses Gas jedoch von der Flüssigkeit und die zurückbleibende reine Flüssigkeit verdampft erst bei Erwärmung auf eine nicht errechenbare Temperatur, die merklich über derjenigen liegt, bei der die noch verunreinigte Flüssigkeit verdampft.

Zur Ausbildung eines thermisch empfindlichen Kraftmittels, in dem die verdampfungsfähige Flüssigkeit gleichbleibend bei einer bestimmten vorgegebenen Temperatur verdampft, ist erfindungsgemäß ein thermisch empfindliches Kraftmittel vorgesehen, dasein dehnbares hohles Element mit einer Temperaturänderungen ausgesetzten Wand aufweist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß sich in dem Element eine flüchtige Flüssigkeit befindet, die durch die Temperatur der Wand beeinflußt wird, in dem Element ein

Material vorgesehen ist, das von der flüchtigen Flüssigkeit berührt und von dieser unbenetzbar ist, und das Material haarartige Vorsprünge aufweist, die von der Flüssigkeit umspülte dünne Kanten bilden.

Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung ergeben sich aus der folgenden eingehenden Beschreibung einer zur Zeit bevorzugten Ausführung der Erfindung, wenn diese im Zusammenhang mit dea beiliegenden Zeichnungsblatt genommen wird, das einen Teil dieser Beschreibung darstellt. Dabei ist:

Fig. 1 ein Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung, wobei ein Teil des rohrförmigen Gliedes in vergrößertem Maßstab gezeigt, ist,

Fig. 2 eine Endansicht auf die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung in Blickrichtung der Linie 2 - 2 in Fig. 1 in einem geringfügig verkleinerten Maßstab,

Fig. 3 ein Schnitt entlang der Linie 3 - 3 in Fig. 1,

Fig. 4 ein Schnitt in vergrößertem Maßstab entlang der Linie 4-4 in Fig. 1,

Fig. 5 eine Teilansicht eines Abschnittes der in Fig. 1 gezeigten Steuervorrichtung in vergrößertem Maßstab und

Fig. 6 ein Schnitt entlang der Linie 6 - 6 In Fig. 1.

BAD ORJQlNAL

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Bei der in den Zeichnungen dargestellten und anschließend beschriebenen Form dor Erfindung wird diese durch eine thermisch empfindliche Steuer-Schaltvorrichtung 10 verkörpert, obwohl es einleuchtet, daß die Erfindung auch bei Vorrichtungen mit anderen Steuerfunktionen verwirklicht werden kann, wie z. B. bei einem thermisch empfindlichen Regelventil oder dergleichen.

Gemäß der Darstellung in den Figuren 1, 2 und 3 enthält die Steuervorrichtung 10 ein zylindrisches oder kappenförmiges Gehäuse 12, das aus einem geeigneten Isoliexverkstofff, wie z. B. "Bakelite", besteht. Zwei ortsfeste Kontaktglieder 13 und 14 treten durch die Seitenwand 12a des Gehäuses 12 durch und sind an ihren Innenenden mit Nieten 16 an Augen 12b und 12c angenietet. Die Außenenden der Kontaktglieder 13 und 14 dienen als Schaltpunkte zur Verbindung der mit den Klemmschrauben 20 und 21 angeschlossenen Drähte 18 und 19· Ein beweglicher überbrückungskontakt 24 ist zur Bewegung mit einer axial beweglichen Betätigungsstange 25 angeordnet, die gleitbar in einer in dem Gehäuse 12 eingeformten FUhrungsbohrung 26 liegt. Der überbrückungskontakt 24 wird in Ruhelage durch eine gebogene Blattfeder 28 auf die Kontakte 12a und 14a bzw. auf die Kontaktglieder 13 und 14 vorgespannt. Die Betätigungsstange 25 tritt durch eine Bohrung in einer FUhrungsschelbe 30 durch und ISQt sich unter der Einwirkung einer flexiblen Membran 31 bewegen, die einen Teil des allgemein mit 32 bezeichneten thermisch empfindlichen Kraftmlttels bildet.

Das Kraftmittel 32 umfaßt ein kappenförmlges Glied 33, das Bfestigungsohren 33« aufweist und in dem das offene Ende des Gehäuses 12 liegt und durch eine nach innen gerichtete Nase 33b und eine Fedtr-

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klemme 330 gehalten wird, die durch eine Wand der Kappe 33 hindurchra/gt. Die Membrane Jl ist an ihrer Umfangskante unter Bildung einer schmalen Kammer 34 an den Boden des kappenförraigen Gliedes 33 neben dessen wand 33d angeschweißt. Ein Nippel 33 ist in einer Mittelöffnung des Gliedes 33 punktgeschvreißt oder angelobet und nimmt ein Ende eines Kapillarröhrchen 36 auf· Das andere Ende 36a des Röhrchens ist verschlossen und das Röhrchen und die Kammer 34 enthalten eine flüssige Füllung 37 aus einem Gemisch aus Wasser und einer fluchtigen Flüssigkeit, wie z. B. Methylalkohol. Diese flüssige Füllung wird im Folgenden noch eingehender erörtert.

Die Membrane 31 ist mit in sie eingeprägten Windungen 31a geformt, die ihr bei Biegung einen Sohnappeffekt verleihen, während sie im ungespannten Zustand in der in Flg. 1 gezeigten Lage verbleibt, in der die Stange 25 nach rechts bewegt und die Schaltkontakte getrennt sind. Die Kammer 34 und das Röhrchen 36 sind mit der Flüssigkeitsfüllung 37 jedoch bei einem Druck gefüllt, der wesentlich unter dem auf die Membrane 31 einwirkenden Atmosphärendruck liegt, so daß die Membrane bei unter dem Siedepunkt der Flüssigkeit liegenden Temperaturen in der in Fig. 1 in gestrichelten Linien dargestellten Lage gehalten wird, wobei die Schaltkontakte geschlossen sind. Man erkennt, daß der Druok in der Kammer 34 sowohl bei einem Sieden der FlüssigkeitsfUilung 37 als auch bei einem sich in dem System entwickeljfaden Leck erhöht und damit der Membran 31 ermöglicht, dafl sie in die in vollen Linien dargestellte Lage ^fückschnellt und die Kontakte öffnet, so daß ein angeschlossener Kreis stromlos wird. Das bedeutet, daß die Steuervorrichtung 10 nicht nur bei einem bestimmten Anstieg der Temperatur in dem Röhrchenglied 36 die Schaltkontakte betätigt, sondern auch ein Sich^erheitsmerkraal in sich einschließt, das bei einem Durchlecken von Flüssigkeit in dem thermisch

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empfindlichen Kraftiaittel 32 ein Öffnen der Kontakte bewirkt. In vorliegenden Beispiel schnappt die Membrane 31 bei einem Absinken des Vakuums in der Kammer 34 auf einen Bereich von 76 bis 203 ran Quecksilbersäule aus und schnappt wieder ein oder stellt "sich zurück" bei einem Ansteigen des Vakuums auf 350 bis 455 ram Quecksilbersäule.

in dem Röhrchen 36 befindet sich auch ein Draht oder Band 40, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des Röhrchens 1st und vorzugsweise aus einem PolytetrafluorKthylen-Kunststoff besteht» entweder in massiver Form oder als Überzug 40a auf einen Drahtkern

40b aus rostfreiem Stahl, wie es Fig. 5 zeigt. Der Draht oder das Band 40 erstreckt sich im wesentlichen über die volle Länge des Röhrchens 36 und die Oberfläche des Kunststoffes ist aufgerauht, so dafl mehrere haarartige Vorsprung« 42 entstehen, die z. B. durch Abrieb oder Schmirgeln am Kunststoff entstehen«

Der Stahldrahtkern 40b versteift das Band 40 und erleichtert ein Einschieben in lange Kapillarröhrchen, von denen einige eine Länge von 3 nt überschreiten können. Im vorliegenden Falle wird das Stabchen 40 z. B. dadurch gebildet, daß man ein "Teflon^tt-Band

(öyi£5-ram Stärke) um den Drahtkern 40b (0,25 mm Starke) wickelt und dann das Band zu einem integralen überzug verschanzt. Mindestens 25 £ der Oberfläche des Überzuges sind dann zur Bildung der Vorsprtlnge 42 mechanisch gerieben· Dieses Stäbchen wird dann in ein Kapillarröhrchen von 1,2 mm Durchmesser eingeschoben.

In diesem Beispiel ist die Flüssigkeitsfüllung, wie bereits erwähnt

wurde, eine Mischung aus Wasser und Methylalkohol, wobei Wasser 65 % der Mischung und der Methylalkohol 35 % der Mischung darstellt*

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Dieses Gemisch verd&mpft oder kocht« wenn hs bei dem vorstehend erwähnten Drück in das Kapillarröhrchen 36 mit dem "Teflon¹*-Stäbchen 40 eingeschlossen wird, bei 75°, wodurch die Membrane 3I zum Betätigen der Schalt vorrichtung ausgobogen wird«

Gemische aus Wasser und anderen Substanzen, wie Methylalkohol oder Xthylenglykol, lassen sich in verschiedenen Mischungsverhältnissen anwenden» wenn eine Betätigung bei anderen Temperaturen erwünscht ist· Z. B. führen Wasaergeraische mit einem Gehalt der aufgeführten Prozentsätze an Äthylenglykol oder Methylalkohol zu einer Ansprechempfindlichkeit bei dan folgenden Temperaturen*

88° C - 6 % Methylalkohol

99° C - . 51 ^ Xthylenglykol

116° C- 82 % Xthylenglykol

127° C - 89 % Xthylenglykol

140° C - 94 g Xthylenglykol

Hinzukommt, daß ausgedehnte Versuche gezeigt haben» das gewisse reine Flüssigkeiten, bei denen bis heute das Problem einer nicht vorauesehbaren überhitzung eingetretendst, als Füllung verwendet werden können und in Gegenwart von "Teflon" wiederholt reproduzierbare Ergebnisse zeigen. Zum Beispiel kann reines destilliertes Wasser als Füllung verwendet werden und führt bei den genannten Drukken zu einer Betriebstemperatur von 95°· Ähnlich ergibt DiHthylenglykol eine Betriebstemperatur von 245° und TrlKthylenglykol ergibt eine Betriebstemperatur von 288°.

Obwohl die Gründe nicht vollständig bekannt sind, warum dl· Ver*

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wendung der oben genannten flüssigen Füllstoffe in Gegenwart von geschmirgeltem (abraded) "Teflon" erfolgreich ist beim Oberwinden von überhitzungen beim Einschließen der FlüssigkeitsfUllung zum Beispiel in ein Kapillarröhrchen, nimmt man an, daß der Widerstand des "Teflon" gegen eine Benetzung durch Wasser oder andere verdampfende Flüssigkeiten zwischen der PlUssigldt und dem Stäbchen einen Oberfläohenzustand erzeugt, der eine glatte Bildung von Darapfblaeen vor dem tatsächlichen Erreichen des Kochpunktes zuläßt. Beim Erreichen des Kochpunktes liegen dann dampfgefüllt© Zwischenflachen vor, an denen das Kochen auftreten kann·

Es ergibt sich aus der vorstehenden eingehenden Beschreibung, daß durch diese Erfindung eine verbesserte thermisch empfindliche Vorrichtung zur Verfugung gestellt wird« die bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur an Irgendeiner Stelle über der Länge des die Temperatur messenden Kapillarröhrchen« betStigbar 1st und die nicht der Mittelwertbildung der Temperaturen über der Röhrchenlünss ausgesetzt 1st. Man erkennt ebenso, daß die Verwendung eines Gemisches aus Wasser und anderen flüchtigen Flüssigkeiten in der Gegenwart eines geschmirgelten Stäbchens aus "Teflon¹* die Wahrscheinlichkeit einer Überhitzung und eines Vereagens der zu betätigenden Steuervorrichtung ausschaltet.

Patentansprüche ι BAD ORIGINAL

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Claims (4)

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen P 15 23 4 3 O. 7 ZUr Eingabe vom 22. August 1968 Wi. Name d. Anm. The Wllcolator Company Patentansprüche

1. Thermisch empfindliches Kraftmittel bestehend aus einem dehnbaren hohlen Element mit einer Temperaturänderungen ausgesetzten Wand,

dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Element eine flüchtige Flüssigkeit (37) befindet, die durch die Temperatur der Wand beeinflußt wird, in dem Element ein Material (4o) vorgesehen ist, das von der flüchtigen Flüssigkeit berührt und von dieser unbenetzbar ist, und das Material (¹Jo) haarartige Vorsprünge (42) aufweist, die von der Flüssigkeit umspülte dünne Kanten bilden.

2. Thermisch empfindliches Kraftmittel nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die flüchtige Flüssigkeit Äthylen-Glykol, Methyl-Alkohol oder Wasser und eine andere Substanz ist.

3. Thermisch empfindliches Kraftmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (4o) Polytetrafluorethylen ist.

4. Thermisch empfindliches Q? Kraftmittel nach Irgendeinen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das hohle Element ein Kapillarröhrchen (36) ist, das an einem seiner Enden nit einer variablen Volumenkamner (3¹O in Verbindung steht, das Röhrchen (36) an seinem anderen Ende (36a) geschlossen ist, und dan das Material die Form eines Bandes (¹Jo) hat, das sich im wesentlichen in Längsrichtung des Röhrchens (36) erstreckt und von ihm über seiner gesamten Länge ausgehende Vorsprünge (42) aufweist, die entlang des Röhrchens (36) der flüchtigen Flüssigkeit (37) dünne Kanten entgegenstellen.

W 36/4 - ι -

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■>+orlr.ri.-.-' ίτ> " ^f ' ' · -¹ ·-- i -^r3. '.' 3 -'·?3 Av:.VriinpsgrS. V. 4. 9.

5- Thermisch empfindliches Kraftmittel nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche in Kombination mit einem zwischen zwei Steuers te liraigen arbeitenden Steuerglied, vrobei das dehnbare Element zur Betätigung des Steuergliedes mit diesem verbunden ist.

V/ 36A - 2 -

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