DE1573341C2

DE1573341C2 - Heat sensor

Info

Publication number: DE1573341C2
Application number: DE1573341A
Authority: DE
Inventors: John E Woods
Original assignee: Standard Thomson Corp
Current assignee: Standard Thomson Corp
Priority date: 1965-03-30
Filing date: 1965-03-30
Publication date: 1973-10-04
Also published as: DE1573341B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmefühler mit einer in einem drehsymmetrischen Gehäuse angeordneten Ausdehnungsmasse, welche aus einem Gemisch einer bei Betriebstemperaturen flüssigen Komponente und einer nichtflüssigen Polyolefinkomponente besteht, einer über der Ausdehnungsmasse angeordneten, bei Betriebstemperatur nichtflüssigen Druckübertragungsmasse und einem über der Druckübertragungsmasse angeordneten, in dem Gehäuse geführten Kolben.The invention relates to a heat sensor with a arranged in a rotationally symmetrical housing Expansion mass, which consists of a mixture of a component that is liquid at operating temperatures and a non-liquid polyolefin component, one above the expansion mass Operating temperature non-liquid pressure transmission mass and one above the pressure transmission mass arranged piston guided in the housing.

Ein derartiger Wärmefühler ist aus der britischen, Patentschrift 576 779 bekannt. Bei diesem bekannten! Wärmefühler besteht das Gehäuse aus einem relativ flachen topf artigen Teil, welches die Ausdehnungsmasse aufnimmt, und einem damit verbundenen Teil kleineren Durchmessers, welches in Berührung mit der Ausdehnungsmasse einen Abdichtungspfropfen¹ aus einem elastischen, biegsamen Werkstoff aufnimmt, dessen der Ausdehnungsmasse gegenüberliegende Seite auf einen in einem zylindrischen Gehäuse geführten Kolben wirkt, dessen Bewegung auf Grund von Volumenänderungen der Ausdehnungsmasse die Ausgangsgröße des Fühlers liefert. Die beiden Gehäuseteile sind durch Umbördeln eines Teiles um einen Radialflansch am anderen Teil miteinander verbunden. Die Herstellung einer solchen Bördelung ist mit einem verhältnismäßig großen Arbeitsaufwand verbunden.Such a heat sensor is known from British patent specification 576,779. With this well-known! Heat sensor, the housing consists of a relatively flat pot-like part, which accommodates the expansion mass, and an associated part of smaller diameter, which receives a sealing plug ¹ made of an elastic, flexible material in contact with the expansion mass, whose side opposite the expansion mass on an in A piston guided by a cylindrical housing acts, the movement of which supplies the output variable of the sensor due to changes in the volume of the expansion mass. The two housing parts are connected to one another by flanging one part around a radial flange on the other part. The production of such a flanging is associated with a relatively large amount of work.

Aus der USA.-Patentschrift 2 949132 ist es weiter bekannt, bei einem ähnlichen zweiteiligen Gehäuse eine Membran zwischen die beiden zu verbindenden Teile einzuspannen, die den Raum unter dem Kol ben in zwei Kammern teilt, in deren einer sich die Ausdehnungsmasse befindet und in deren anderer die Druckübertragungsmasse ist.From US Pat. No. 2,949,132 it is also known to clamp a membrane between the two parts to be connected in a similar two-part housing, dividing the space under the piston into two chambers, one of which is the expansion mass and one of which the other is the pressure transmission mass.

Weiter ist es bekannt, Polyolefine als Dehnstoffe in Wärmefühlern zu verwenden und schmelzende Stoffe mit nicht flüssig werdenden Stoffen in denselben zu mischen (britische Patentschrift 507 501).
Gegenüber dem Stand der Technik besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, einen Wärmefühler zu schaffen, der in seinem Aufbau wesentlich einfacher ist und bei welchem der Bewegung des Kolbens bei Ausdehnung der FlüssigkeitIt is also known to use polyolefins as expansion substances in heat sensors and to mix melting substances with substances that do not become liquid in the same (British patent specification 507 501).
Compared to the prior art, the object on which the invention is based is to create a heat sensor which is much simpler in its construction and in which the movement of the piston when the liquid expands

ίο ein möglichst geringer Widerstand durch Reibung entgegengesetzt werden soll. Bei Verwendung der bekannten elastomeren oder biegsamen Dichtungen, die z. B. von dem Pfropfen in einem bekannten Falle und der Membran im anderen bekannten Falle gebildet wird, entsteht häufig ein Hohlraum in der Ausdehnungsmasse, wenn sich diese beim Abkühlen zusammenzieht und von der Dichtung zurückzieht. Die Bildung eines solchen Hohlraumes mit darin herr-ίο as little resistance as possible should be opposed by friction. When using the known elastomeric or flexible seals which, for. B. is formed by the plug in one known case and the membrane in the other known case, a cavity is often created in the expansion mass when it contracts during cooling and withdraws from the seal. The formation of such a cavity with

. sehendem Unterdruck hat das unzweckmäßige Bestreben, Flüssigkeiten oder Gase von außen in den Wärmefühler zu ziehen. Auch dieser Nachteil soll von der Erfindung überwunden werden.. seeing negative pressure has the inexpedient endeavor, To draw liquids or gases from outside into the heat sensor. This disadvantage is also supposed to be overcome by the invention.

Die Erfindung löst die beschriebene Aufgabe dadurch, daß das Gehäuse aus einem durchgehenden Zylinder besteht und daß die Druckübertragungsmasse die gleichen Komponenten enthält wie die Ausdehnungsmasse, jedoch einen höheren Polyolefinanteil als die Ausdehnungsmasse aufweist.The invention solves the problem described in that the housing consists of a continuous There is a cylinder and that the pressure transmission compound contains the same components as the expansion compound, but a higher proportion of polyolefin than the expansion mass.

Die Gegenstände der Unteransprüche sind zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.The subjects of the subclaims are expedient developments of the invention.

Der Temperaturbereich mit hoher Volumenausdehnung der Druckübertragungsmasse ist vollkommen getrennt und entfernt von der Schmelztemperatur derselben, welche beim Betrieb der auf Temperaturänderungen ansprechenden, erfindungsgemäßen Anordnung niemals erreicht wird. In der Praxis kann die besondere Druckübertragungsmasse, die in jedem beliebigen durch Wärme betätigbaren Mechanismus, wie z. B. in einer Betätigungsvorrichtung für ein thermostatisches Ventil, verwendbar ist, meist so gewählt werden, daß die Temperatur, bei welcher die Massa ihren höchsten Wärmeausdehnungskoeffizienten erreicht, nahezu mit der Betriebstemperatur zusammenfällt, d. h. mit derjenigen Temperatur, bei der das Ventil geschlossen oder geöffnet werden soll. Da jedoch diese Temperatur mit dem höchsten Wärmeausdehnungskoeffizienten nicht von dem Übergang der Druckübertragungsmasse von ihrem festen in den flüssigen Aggregatzustand abhängig ist oder sich in dessen Nähe befindet, sind komplizierte Dichtungen für die Absperrung einer unter Druck stehenden Flüssigkeit bei dem erfindungsgemäßen Wärmefühler nicht erforderlich.The temperature range with high volume expansion of the pressure transmission mass is perfect separated and removed from the melting temperature of the same, which during operation of the on temperature changes appealing, inventive arrangement is never achieved. In practice it can the special pressure transmission mass that is used in any heat-actuated mechanism, such as B. in an actuator for a thermostatic valve, can be used, usually chosen that the temperature at which the massa reaches its highest coefficient of thermal expansion, almost coincides with the operating temperature, d. H. with the temperature at which the Valve should be closed or opened. However, since this temperature with the highest coefficient of thermal expansion is not dependent on the transition of the pressure transmission mass from its solid to the liquid state of aggregation or is in its vicinity are complicated seals for the shut-off of a pressurized Liquid not required in the heat sensor according to the invention.

Polyolefin-Kohlenwasserstoffe, wie Polyäthylen oder Polypropylen, sprechen in der geeigneten Weise auf Temperaturänderungen an, und ihre Schmelztemperatur liegt über der gewünschten Betriebstemperatur des Wärmefühlers. Die Tatsache, daß diese Stoffe bei verhältnismäßig hohen Betriebstemperature^ beispielsweise 175° C oder mehr, in festem oder halbfestem Aggregatzustand bleiben, versetzt sie in die Lage, in thermostatischen Aggregaten • verwendet zu werden, ohne daß komplizierte Dichtungen u. dgl. erforderlich sind, wie sie für die Ab-Polyolefin hydrocarbons such as polyethylene or polypropylene speak appropriately to temperature changes, and their melting temperature is above the desired operating temperature of the heat sensor. The fact that these substances at relatively high operating temperature ^ for example 175 ° C or more, remain in the solid or semi-solid state of aggregation, offset they can be used in thermostatic units without the need for complicated seals and the like are required, as they are for the

.65 sperrung und Steuerung einer sich ausdehnenden oder unter Druck stehenden Flüssigkeit benötigt würden. Dem Polyolefin kann nun ein Stoff mit verhältnismäßig niedrigem Schmelzpunkt, wie z. B. die üblicher-.65 containment and control of an expanding or pressurized fluid would be required. The polyolefin can now be a substance with a relatively low melting point, such as. B. the usual

weise verwendeten Petroleumwachse, beigemischt werden. Die so entstehende Masse ist so beschaffen, daß sich das Wachs nicht von dem Polyolefin trennt, selbst wenn die Erwärmung der Mischung den Schmelz- oder Übergangspunkt des Wachses übersteigt. Die gesamte Masse bleibt daher in festem oder halbfestem Zustand und die mit der Handhabung einer Flüssigkeit verbundenen Schwierigkeiten werden vermieden. Die wachsartigen Zusätze können hinsichtlich ihres Schmelzpunktes und ihrer Menge genau für ihre Beimischung zu einem Polyolefin ausgewählt werden, so daß bei jeder gewünschten Betriebstemperatur ein hoher Wärmeausdehnungskoeffizient erhalten und dabei die vorteilhaften Wirkungen eines festen thermostatischen Stoffes beibehalten werden.wisely used petroleum waxes. The resulting mass is such that the wax does not separate from the polyolefin, even if the heating of the mixture the Exceeds the melting or transition point of the wax. The entire mass therefore remains in solid or semi-solid state and the difficulties associated with handling a liquid avoided. The waxy additives can with regard to their melting point and their amount be carefully selected for their admixture with a polyolefin, so that at any desired operating temperature obtain a high coefficient of thermal expansion and thereby the advantageous effects of a solid thermostatic material.

An Hand der Figur, welche einen Schnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmefühlers zeigt, wird die Erfindung beispiels-' weise näher erläutert.With reference to the figure, which is a section through an embodiment of the invention Heat sensor shows, the invention is for example 'explained in more detail.

Es hat sich herausgestellt, daß die Druckübertragungsmasse weniger zähflüssig wird, wenn sie mehr als etwa 50 Volumprozent Wachs enthält. Unter diesen Voraussetzungen wird die in der Figur dargestellte Anordnung verwendet. Ein Zylindermantel 10 enthält einen Kolben 12. Im unteren Teil des Zylindermantels 10 befindet sich eine bei Erwärmung ausdehnungsfähige Masse 14. Die Masse 14 besteht hauptsächlich aus einem Wachs, das bei der gewünschten Betriebstemperatur des Wärmefühlers schmilzt. Das Wachs wird mit einer bestimmten Menge eines festen Polyolefins, wie Polyäthylen, vermischt. Zwischen der Masse 14 und dem Kolben 12 befindet sich eine Schicht 16 aus Polyolefin, mit dem kein Wachs vermischt ist. Die Schicht 16 sitzt eng an der Innenwand des Zylindermantels 10, weist jedoch gute Schmierfähigkeit für die Gleitbewegung bei Ausdehnung der Masse 14 auf. Die Schicht 16 verhindert, daß Mischungen von Wachs und Polyolefin von geringerer Zähflüssigkeit, die hier als Masse 14 bezeichnet sind, aus dem Zylindermantel 10 herauslecken. Somit ruft die ausdehnungsfähige Masse 14 eine erhebliche Bewegung des Kolbens 12 hervor, gemessen an den Abmessungen des Zylindermantels 10.It has been found that the pressure transmission mass becomes less viscous when it is more than about 50 percent by volume wax. Under these conditions, the one shown in the figure Arrangement used. A cylinder jacket 10 contains a piston 12. In the lower part of the cylinder jacket 10 there is a mass 14 which is expandable when heated. The mass 14 consists mainly from a wax that is at the desired operating temperature of the heat sensor melts. The wax is mixed with a certain amount of a solid polyolefin such as polyethylene. Between the mass 14 and the piston 12 is a layer 16 made of polyolefin, with the no wax is mixed. The layer 16 sits tightly on the inner wall of the cylinder jacket 10, but has good lubricity for the sliding movement when the mass 14 expands. Layer 16 prevents that mixtures of wax and polyolefin of lower viscosity, referred to here as mass 14 are to leak out of the cylinder jacket 10. Thus, the expandable mass 14 gets a significant Movement of the piston 12 out, measured by the dimensions of the cylinder jacket 10.

Eine weitere besondere Eigenschaft der vorliegenden Erfindung beruht auf dem Umstand, daß die Olefinmasse gewissermaßen als eine Versiegelung für das ihr beigemischte Petroleumwachs wirkt. Es könnte etwa so ausgedrückt werden, daß das Polyolefin als in seinem Zustand beständiger Bestandteil der Mischung jedes kleine Tröpfchen oder fein verteilte Teilchen des Petroleumwachses umgibt oder einkapselt, wodurch verhindert wird, daß das Wachs in flüssigem Zustand die Festigkeit der gesamten Mischung beeinflußt. :Another special feature of the present invention is based on the fact that the Olefin compound acts, so to speak, as a seal for the petroleum wax added to it. It could roughly be expressed in such a way that the polyolefin is a constituent which is stable in its state surrounds or surrounds the mixture each small droplet or finely divided particle of the petroleum wax encapsulates, thereby preventing the wax in its liquid state from reducing the strength of the entire Mixture affects. :

Bei der dargestellten Ausführungsform kann es vorkommen, daß der Wachsanteil in der Polyolefinmischung der Masse 14 größer als 50 % ist. Daher nimmt bei Erwärmung der gesamten Masse 14 auf die Betriebstemperatur oder auf einen Wert in der Nähe der Betriebstemperatur die Wachs- und PoIyolefinmischung eine Viskosität an, die schwieriger abzusperren ist. Um zu verhindern, daß bei einer derartigen Mischung ein Abdichtungsproblem entsteht, ist an dem Kolben 12 der Stopfen oder die Schicht 16 angeordnet, die aus Polyolefin besteht, das Wachs enthalten oder auch nicht enthalten kann. Jedes Polyolefin oder ähnliche Stoffe, einschließlich Polytetrafluorethylen od. dgl., können als Dichtungsstopfen 16 verwendet werden. Das Haupterfordernis für einen derartigen Stopfen ist, daß er aus einem thermoplastischen, im Gegensatz zu einem elastomeren Stoff besteht. Zweitens muß ein derartiger Stopfen 16 gute Schmierfähigkeit aufweisen, so daß er sich ohne weiteres gleitend an der Innenwand des Behälters entlangbewegen kann. Dieser Polyolefinstopfen 16 kann in einem Stück mit der Masse 14 ausgebildet werden oder kann, zumindest im Stadium des Zusammenbaus der Vorrichtung, eine getrennte Scheibe oder Schicht aus Polyolefinstoff sein.In the embodiment shown, it can happen that the wax content in the polyolefin mixture the mass 14 is greater than 50%. Therefore, when heated, the entire mass 14 takes up the operating temperature or to a value in the vicinity of the operating temperature the wax and polyolefin mixture a viscosity that is more difficult to shut off. To prevent such a Mixture a sealing problem arises, is on the piston 12, the stopper or the layer 16 arranged, which consists of polyolefin that may or may not contain wax. Any polyolefin or similar substances, including polytetrafluoroethylene or the like, can be used as sealing plugs 16 be used. The main requirement for such a stopper is that it be made of a thermoplastic, in contrast to an elastomeric substance. Second, such a plug 16 must be good Have lubricity so that it can easily slide along the inner wall of the container can. This polyolefin plug 16 can be formed in one piece with the mass 14 or, at least at the stage of assembling the device, it may be a separate disk or layer be made of polyolefin fabric.

Auf Grund der Tatsache, daß kein elastomeres oder biegsames Dichtungsteil erforderlich ist, kann !ein Wärmefühler gemäß der Erfindung gemessen an seiner Arbeitsleistung kleine Abmessungen haben.Due to the fact that no elastomeric or flexible sealing part is required, can ! a heat sensor according to the invention measured in terms of its work performance have small dimensions.

Ebenfalls auf Grund des Umstandes, daß kein übliches Dichtungsteil erforderlich ist, kann ferner ein Kolben, wie der Koben 12, in direkter Druckberührung mit der ausdehnungsfähigen Masse gehalten werden, während sich die Masse abkühlt. Somit kann sich in der ausdehnungsfähigen Masse kein Hohlraum bilden, während sie sich abkühlt.Also due to the fact that no usual Sealing part is required, a piston, such as the piston 12, can also be in direct pressure contact be held with the expandable mass while the mass cools. Therewith a void cannot form in the expandable mass while it cools.

Ferner ist ersichtlich, daß ein auf Wärme ansprechendes Aggregat gemäß der Erfindung »βίοι rungssichere« Merkmale aufweist, da die Ausdehnungskräfte keine Störung an einem Dichtungsteil hervorrufen können. Somit werden alle Ausdehnungskräfte direkt in Richtung auf die Bewegung eines Betätigungsorgans, wie eines Kolbens od. dgl., ausgeübt.It can also be seen that a heat-responsive unit according to the invention "βίοι rungssichere" features, since the expansion forces cannot cause a malfunction in a sealing part. Thus, all expansion forces are directed directly towards the movement of an actuator, like a piston or the like., exercised.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Heat sensor with an expansion mass arranged in a rotationally symmetrical housing, which consists of a mixture of one at operating temperature liquid component and a non-liquid polyolefin component, one Pressure transmission mass which is arranged above the expansion mass and is non-liquid at operating temperature and one arranged above the pressure transmission mass and guided in the housing Piston, characterized in that the housing (10) consists of a continuous Cylinder consists and that the pressure transmission mass (16) the same components contains like the expansion compound (14), but a higher proportion of polyolefin than the expansion compound having.

2. Sensor according to claim 1, characterized in that the proportion of the liquid component at the pressure transmission mass (16) is zero.

3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the pressure transmission mass (16) is formed in layers.

4. Sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the liquid component consists of wax, preferably mineral wax.