DE1013139B

DE1013139B - Ausdehnbares Kraftelement

Info

Publication number: DE1013139B
Application number: DER13844A
Authority: DE
Inventors: Frederick Arthur Greenawalt
Original assignee: Ranco Inc
Current assignee: Robertshaw US Holding Corp
Priority date: 1953-03-27
Filing date: 1954-03-23
Publication date: 1957-08-01
Also published as: CH333973A; US2843151A

Description

Ausdehnbares Kraftelement Die Erfindung bezieht sich auf ein ausdehnbares Kraftelement, insbesondere zum Betätigen von Ventilen, Regel- oder Steuervorrichtungen.
Es ist ein ausdehnbares Kraftelement zum Betätigen einer Ventilvorrichtung bekannt, welches aus einer Membran und einem mit ihr verbundenen Kraftübertragungsglied aus elastischem Material besteht. Dieses Kraftübertragungsglied bildet einen massiven. elastischen Körper, der von einem starren Gehäuse umgeben ist. Bei der Durchbiegung der Membran, auf Grund von Temperaturerhöhungen wird das elastische Kraftübertragungsglied, das an einer radialen Ausdehnung durch das starre Gehäuse gehindert ist, in axialer Richtung verformt, um einen an ihm angreifenden Kolben zu bewegen. Bei diesem bekannten Kraftelement findet infolge der axialen Verformung des Kraftübertragungsgliedes nicht nur eine hohe Reibung an seinen Seitenflächen statt, die zu einer raschen Abnutzung führt, sondern es wird dadurch auch die Empfindlichkeit der Vorrichtung stark herabgesetzt.
Es ist ferner eine thermisch betätigte Ventilvorrichtung bekannt, bei welcher das Ventilglied mit einer aus gewelltem Blech bestehenden Membran verbunden ist, die zwei Räume voneinander trennt, in deren einem mittels einer in geregelter Weise elektrisch beheizten Einrichtung Druckänderungen erzeugt werden, die über die Metallmembran auf das Ventilglied übertragen werden. Der auf der anderen. Seite der Membran liegende Raum ist dabei gegen den Ventilauslaß durch einen an dem Ventilgliedschaft befestigten Metallbalg abgeschlossen.
Zweck der Erfindung ist, ein ausdehnbares Kraftelement mit einem aus kautschukartigem Material bestehenden, von einem seine radiale Ausdehnung hindernden starren Gehäuse umgebenen Glied zu schaffen, bei welchem einerseits das aus kautschukartigem Material bestehende Glied praktisch keinerlei Abnutzung erfährt und andererseits eine sehr gedrängte und raumsparende Anordnung bei hoher Empfindlichkeit erzielt wird.
Gemäß der Erfindung ist ein ausdehnbares Kraftelement der vorgenannten Art dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Glied von einer axial unverschieblichen Kappe mit einer im Abstand von ihrem offenen Ende angeordneten dehnbaren Abschlußwand gebildet wird und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche in an sich bekannter Weise auf die dehnbare Abschlußwand einen Druck ausübt, um sie in Richtung auf das offene Ende der Kappe zu drücken.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines die Erfindung verkörpernden' Kraftelementes; Fig. 2 und 3 sind Schnitte durch das Kraftelement und zeigen seine Teile in verschiedenen Arbeitsstellungen; Fig. 4 ist ein Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform des aus kautschukartigem Material bestehenden Gliedes.
Das Kraftelement gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise in Anwendung auf einen Thermostaten T dargestellt. Der Thermostat T umfaßt einen Unterteil 10, welcher mit einer Regeleinrichtung (nicht dargestellt) verbunden werden kann, sowie eine Buchse 11 und einen Steuerkolben 12, welcher temperaturabhängige Kraftbewegungen auf eine Steuer- oder Regeleinrichtung überträgt, um diese zu betätigen.
Der vorzugsweise aus Metall bestehende Unterteil 10 hat die Form einer Schale, - deren Boden 13 einen mittleren, nach oben stehenden Ansatz 15 aufweist. Im Boden 13 ist eine radiale= Bohrung 16 ausgebildet, welche ein Ende eines Kapillarrohres 17 druckmitteldicht aufnimmt. Eine axiale Bohrung 18 erstreckt sich von dem inneren Ende der Bohrung 16 nach oben durch den Ansatz 15 hindurch, um eine Druckmittelleitung aus dem Rohr 17 zu dem. Inneren des Unterteiles 10 zu schaffen. Das andere Ende des Rohres 17 kann z. B. mit einem Gefäß verbunden sein, das eine Flüssigkeit enthält, die sich infolge von Temperaturänderungen ausdehnt und zusammenzieht.
Eine aus elastischem Material bestehende Kappe 20 ist mit ihrem Hohlraum über dem Ansatz 15 im Unterteil 10 angeordnet und wird durch das untere Ende der Buchse 11 mit ihrem Flansch 21 flüssigkeitsdicht gegen den Boden 13 des Unterteils 10 geklemmt. Der Flansch 21 der Kappe 20 hat einen nach oben stehenden Wulst 22, zu dessen Aufnahme das untere Ende der Buchse 11 hinterschnitten ist. Die Buchse 11 ist dadurch in Druckeingriff mit dem Flansch 21 gehalten, daß der obere Rand des Unterteils 10 nach innen über eine ringförmige Schulter 24 der Buchse 11 gedrückt ist. Die elastische Kappe 20 kann z. B. aus Butylkautschuk bestehen.
In einigen Fällen können das Rohr 17 und die Bohrungen 16 und 18 in Wegfall gelangen, es kann dann ein Flüssigkeitskörper innerhalb der von der Kappe 20 gebildeten Kammer 29 eingeschlossen werden. In diesem Fall würde sieh das Volumen der Flüssigkeit in der Kammer 29 entsprechend den Temperaturänderungen des Unterteiles 10 verändern.
Innerhalb der Buchse 11 ist eine aus elastischem Material bestehende Kappe 26 angeordnet, die eine in einem Abstand von ihrem offenen Ende befindliche Abschlußwand 27 besitzt, welche auf der nach oben gekehrten Abschlußwand 28 der elastischen Kappe 20 ruht. Die Kappe 26 kann z. B. aus Nitrilkautschuk bestehen.
Gegebenenfalls können die beiden Kappen 20 und 26 durch ein einziges elastisches Glied 30 gemäß Fig. 4 ersetzt werden, das eine zylindrische Seitenwand 31 mit einer zwischen den Enden liegenden Querwand 32 und einem sich radial erstreckenden Flansch 33 an dem einen Ende ähnlich dem Flansch 21 gemäß den Fig. 2 und 3 hat.
Die Buchse 11 hat auf ihrer Innenseite eine ringförmige Schulter 37, an welche sich der obere Rand der Kappe 26 anlegt, wenn die Buchse 11 mit dem Unterteil 10 verbunden wird. Die Schulter 37 verhindert, daß die von der starren Buchse 11 umgebene und dadurch radial nicht ausdehnbare Kappe 26 axial verschoben wird.
In das offene Ende der Kappe 26 greift ein Propfen 40 ein, der vorzugsweise aus Tetrafluoräthylen besteht, so daß er im Betrieb praktisch keine Reibung auf die Kappe 26 ausübt. Das untere Ende des Kolbens 12 ruht auf dem Pfropfen 40 und kann frei in der Buchse 11 gleiten. Das obere Ende des Kolbens hat einen Kopf 42, der auf dem oberen Ende der Buchse 11 ruht, wenn sich die elastischen Kappen 20, 26 im normalen oder nichtausgedehnten Zustand befinden, wie er in Fig. 2 dargestellt ist.
Das Rohr 17, die Bohrungen 16, 18 und die Kammer 29 sind, wie oben erwähnt, mit einer geeigneten Flüssigkeit gefüllt, und beim Gebrauch der Vorrichtung ist das Rohr 17 oder ein größerer Teil von ihm an einem Ort angeordnet, dessen Temperatur beispielsweise geregelt werden soll. Wenn die Temperatur ansteigt, vergrößert sich das Volumen der Flüssigkeit und bewirkt eine Zunahme des Flüssigkeitsvolumens innerhalb der Kammer 29, wodurch die Abschlußwand 28 der Kappe 20 veranlaßt wird, sich zu strecken und nach oben auszubauchen. Die Seiten dieser Kappe 20 und der Kappe 26 sind an einer radialen Ausdehnung durch die Buchse 11 gehindert, und die Längsbewegung der beiden Kappen 20,26 wird durch die ringförmige Schulter 37 verhindert. Das Ergebnis ist daher, daß sich die Abschlußwand 28 der Kappe 20 nach oben durchwölbt und dadurch die Abschlußwand 27 der Kappe 26 aufwärts drückt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Da das Material, welches die Seiten der Kappe 26 bildet, sich nicht längs der Innenseite der Buchse 11 axial nach oben verschieben kann, fließt es einwärts und aufwärts, was dazu führt, daß die Abschlußwand 27 der Kappe 26 sich in ihrer Dicke vergrößert und dadurch den Propfen 40 nach oben bewegt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.
Die Bewegung der benachbarten Abschlußwände 27, 28 ist so, daß kein merklicher Abrieb hervorgerufen wird. Auf diese Weise wird eine lange Lebensdauer bei gleichbleibendem Arbeitshub erhalten.
Die Bewegung des Kolbens 12 kann mit Bezug auf die Änderung des Volumens der Flüssigkeit in der Kammer 29 verhältnismäßig groß sein, so daß das Kraftelement gegen Temperaturänderungen sehr empfindlich und gleichzeitig sehr gedrängt und raumsparend ausgebildet sein kann. Beispielsweise liefert ein Element, welches annähernd die in der Zeichnung dargestellten Proportionen hat, bei denen der Außendurchmesser der Kappen 20 und 26 etwa 6,5 mm und der Durchmesser der Kammer 29 etwa 3,3 mm beträgt, einen Krafthub von 1,8 mm und mehr.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Ausdehnbares Kraftelement, insbesondere zum Betätigen von Ventilen, Regel- oder Steuervorrichtungen, mit einem aus kautschukartigem Material bestehenden Glied, das von einem eine radiale Ausdehnung desselben hindernden starren Gehäuse umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Glied von einer axial unverschieblichen Kappe (26, 27) mit einer dehnbaren im Abstand von einem Ende des Gliedes angeordneten Abschlußwand (27) gebildet wird und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche in an sich bekannter Weise auf die dehnbare Abschlußwand (27) einen Druck ausübt, um sie in Richtung auf das offene Ende der Kappe (26, 27) zu drücken.
2. Kraftelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10, 11) mit einem zum Zuführen von Arbeitsmittel zu der dehnbaren Abschlußwand (27) dienenden Rohr (17) versehen ist.
3. Kraftelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (26, 27) gegen Schultern (37) des Gehäuses (10, 11) anliegt.
4. Kraftelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in das offene Ende der Kappe (26, 27) ein Kolben (12, 42) über einen Propfen (40) eingreift, welcher an der Innenseite der dehnbaren Abschlußwand (27) anliegt.
5. Kraftelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Propfen (40) aus Tetra fluoräthylen besteht.
6. Kraftelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dehnbare Abschlußwand (27) aus Nitrilkautschuk besteht.
7. Kraftelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichteng zum Übertragen eines Druckes auf die dehnbare Abschlußwand (27) aus einer zweiten Kappe (20; 28) aus vulkanisiertem Butylkautschuk besteht, deren Abschlußwand (28) an der dehnbaren Abschlußwand (27) anliegt. B. Kraftelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kappen (26, 27 und 20, 28) zu einem einzigen Stück (30 bis 33) zusammengefaßt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 695 836; französische Patentschrift Nr. 898 488; USA.-Patentschriften Nr. 2 271307, 2 548 878.