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Die Erfindung bezieht sich auf ein temperaturabhängiges Stellelement mit einem rohrförmigen Gehäuse, das in Arbeitsposition an beiden axialen Enden dicht verschlossen ist und in dem ein temperaturabhängiger Dehnstoff angeordnet ist, dessen Volumen bei einer Temperaturerhöhung reversibel vergrößerbar ist, und das einen länglichen, zylindrischen Arbeitskolben aufweist, der aus dem Gehäuse herausragt und in seiner Achsrichtung bewegbar ist (
DE 198 27 886 A1 ).
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Derartige Stellelemente werden beispielsweise bei Ventilen aller Art und/oder bei Lüftungsklappen eingesetzt. Der im Gehäuse eines Stellelements vorhandene Dehnstoff vergrößert sein Volumen bei einer Temperaturerhöhung. Dabei wird der Arbeitskolben in axialer Richtung weiter aus dem Gehäuse herausgedrückt, so dass ein Ventil oder eine Lüftungsklappe betätigt werden kann. Bei einer Temperatursenkung wird der Arbeitskolben bei sich wieder verkleinerndem Volumen des Dehnstoffs unter der Wirkung einer externen Kraft, beispielsweise einer Feder, in das Gehäuse zurückbewegt. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die Betätigung eines Ventils, stellvertretend auch für die Betätigung anderer verstellbarer Bauelemente, wie beispielsweise Lüftungsklappen.
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Ein derartiges Stellelement geht beispielsweise aus der eingangs erwähnten
DE 198 27 886 A1 hervor. Das Gehäuse desselben ist als Topf mit einem Boden ausgeführt und durch einen Deckel und einen elastisch verformbaren Einsatz abgedichtet, welcher den auf einer Seite in das Gehäuse hineinragenden Teil des Arbeitskolbens umschließt. Bei diesem Stellelement wird wie bei allen derartigen Stellelementen die große Volumenzunahme von speziellen Wachsen als Dehnstoffen beim Übergang vom festen in den flüssigen Zustand ausgenutzt, wenn dem Stellelement Wärme zugeführt wird. Im Gehäuse des Stellelements entsteht dann ein sehr hoher Innendruck, der über den abdichtenden, verformbaren Einsatz auf den Arbeitskolben übertragen wird. Zur Erwärmung bzw. Beheizung ist bei diesem Stellelement ein am Gehäuse anliegender elektrischer PTC-Widerstand vorhanden. Wenn der Arbeitskolben beispielsweise mit seiner Stirnseite auf die Stirnseite des Stößels eines Ventils aufgesetzt wird, kann ein offenes Ventil bei Erwärmung des Stellelements durch dessen in seiner Achsrichtung bewegten Arbeitskolben geschlossen werden. Durch die Verwendung des elastisch verformbaren Einsatzes ist dieses Stellelement relativ aufwendig aufgebaut. Es kann ohne Zusatzmaßnahmen auch nur zum Schließen eines Ventils eingesetzt werden. Für eine Öffnung eines geschlossenen Ventils muß das Stellelement in einer beispielsweise in der
DE 1 600 713 A beschriebenen aufwendigen Konstruktion angebracht werden, bei deren Einsatz der Stößel des Ventils entlastet wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs geschilderte Stellelement so auszuführen, dass es ohne aufwendige Zusatzmaßnahmen sowohl zum Schließen als auch zum Öffnen eines Ventils eingesetzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
- - dass der Arbeitskolben an beiden axialen Enden des Gehäuses aus demselben herausragt,
- - dass an den beiden axialen Enden des Gehäuses je ein Dichtelement angebracht ist, das das Gehäuse hermetisch dicht verschließt und den Arbeitskolben druckdicht umgibt, und
- - dass der Arbeitskolben an seinem einen Ende einen größeren Durchmesser als an seinem anderen Ende mit einem innerhalb des Gehäuses liegenden Übergangsbereich aufweist, der als Druckfläche für den sich bei einer Temperaturerhöhung ausdehnenden Dehnstoff ausgebildet ist.
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Dieses Stellelement ist sehr einfach aufgebaut, weil für die Betätigung des Arbeitskolbens außer dem Dehnstoff und dem Arbeitskolben selbst keine Einbauten im Gehäuse oder Aufbauten außerhalb des Gehäuses vorhanden sind. Der Arbeitskolben ragt außerdem an beiden axialen Enden aus dem Gehäuse heraus, so dass das Stellelement mit variablem Einsatz dieser beiden Enden zur Durchführung unterschiedlicher Funktionen eingesetzt werden kann. Bei einer Temperaturerhöhung drückt der sich ausdehnende Dehnstoff gegen die zwischen den beiden Teilen des Arbeitskolbens mit unterschiedlichen Durchmessern vorhandene Druckfläche, so dass der Arbeitskolben mit seinem den größeren Durchmesser aufweisenden Teil weiter aus dem Gehäuse heraus bewegt wird. Gleichzeitig wird der den kleineren Durchmesser aufweisende Teil des Arbeitskolbens in das Gehäuse des Stellelements hineinbewegt.
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Das Stellelement kann somit beispielsweise zum Schließen eines offenen Ventils eingesetzt werden, wenn sein Arbeitskolben mit der Stirnseite seines Teils mit dem größeren Durchmesser achsparallel auf die Stirnseite des Stößels des Ventils aufgesetzt wird. Bei einer Erwärmung des Dehnstoffs drückt der Arbeitskolben den Stößel des Ventils entgegen der Wirkung der Rückstellfeder desselben in die Schließstellung.
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Das Stellelement kann aber auch, ohne jede Änderung seines Aufbaus, zum Öffnen eines geschlossenen Ventils verwendet werden, wenn es in seiner Ausgangsposition so montiert wird, dass der Arbeitskolben mit der Stirnseite seines den kleineren Durchmesser aufweisenden Teils an der Stirnseite des Stößels des Ventils anliegt. Bei einer Erwärmung des Dehnstoffs wird der Arbeitskolben so wie beschrieben in seiner Achsrichtung bewegt, so dass der Stößel des Ventils entlastet wird. Er wird dann durch die Rückstellfeder des Ventils in seine Offenstellung bewegt.
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Ein besonderer Vorteil des Stellelements besteht darin, dass sein Arbeitskolben nicht nur als Druckelement, sondern auch als Zugelement benutzt werden kann, weil er auf beiden Seiten aus dem Gehäuse herausragt. Bauteile, die am Teil des Arbeitskolbens mit dem kleineren Durchmesser befestigt sind, werden dann in Achsrichtung des Arbeitskolbens gezogen, wenn der Dehnstoff erwärmt wird.
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Der Arbeitskolben kann als einteiliges Bauteil gefertigt werden, beispielsweise durch spanabhebendes Drehen. Er kann aber auch aus zwei Teilen mit unterschiedlichen Durchmessern zusammengesetzt werden, die stirnseitig miteinander verschweißt werden. Eine bei diesem Vorgang seitwärts bzw. radial abstehende Schweißraupe braucht nicht entfernt zu werden. Sie kann als erweiterte Druckfläche dienen.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt.
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Es zeigen:
- 1 und 2 das Stellelement nach der Erfindung in zwei unterschiedlichen Positionen im Schnitt.
- 3 eine mögliche Ausführungsform des Arbeitskolbens des Stellelements in vergrößerter Darstellung.
- 4 und 5 in schematischer Darstellung den Einsatz des Stellelements bei einem geöffneten Ventil.
- 6 und 7 in schematischer Darstellung den Einsatz des Stellelements bei einem geschlossenen Ventil.
- 8 das Stellelement als Zugelement.
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Das in den 1 und 2 dargestellte Stellelement S hat ein vorzugsweise aus Metall, wie beispielsweise Stahl oder Messing, bestehendes rohrförmiges Gehäuse 1. In dem Gehäuse 1 sind ein langgestreckter, zylindrischer Arbeitskolben A und ein Dehnstoff D angebracht. Das Gehäuse 1 könnte auch aus Kunststoff bestehen. Es muß auf jeden Fall ausreichend stabil sein, damit es den hohen Drücken auf Dauer störungsfrei standhält, die beim Ausdehnen des Dehnstoffs D im Innern des Gehäuses 1 auftreten. Der Arbeitskolben A ist mit Vorteil mittig im Gehäuse 1 angeordnet, so dass die Achsen von Gehäuse 1 und Arbeitskolben A übereinstimmen. Er ragt an beiden axialen Enden aus dem Gehäuse 1 heraus.
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Der Arbeitskolben A besteht aus zwei Teilen 2 und 3 mit unterschiedlichen Durchmessern. Der Teil 2 hat einen größeren Durchmesser als der Teil 3. Die beiden Teile 2 und 3 bilden jeweils die Enden des Arbeitskolbens A. Sie sind einteilig miteinander verbunden. Dazu könnte der Arbeitskolben A direkt aus einem Stück gefertigt werden, beispielsweise durch spanabhebendes Drehen. Die beiden Teile 2 und 3 des Arbeitskolbens A können aber auch als zunächst getrennte Teile mit Vorteil miteinander verschweißt werden.
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Im Übergangsbereich zwischen den beiden Teilen 2 und 3 des Arbeitskolbens A ist eine Druckfläche F ausgebildet, die in der Ausführungsform nach den 1 und 2 rechtwinklig zum Arbeitskolben A verläuft und von dessen Teil 3 begrenzt wird. Sie ist durch die unterschiedlichen Durchmesser der beiden Teile 2 und 3 gebildet. Bei einer Wärmezufuhr an das Stellelement 5 von außen wird der Dehnstoff D erwärmt. Er dehnt sich dann aus und drückt dabei gegen die Druckfläche F. Dadurch wird der Arbeitskolben A in seiner Achsrichtung verschoben. Der Übergangsbereich vom Teil 2 auf den Teil 3 kann auch anders als in den 1 und 2 dargestellt ausgeführt werden, solange sichergestellt ist, dass eine Druckfläche F für den sich ausdehnenden Dehnstoff D gebildet ist. So kann der Übergangsbereich gemäß 3 auch konisch ausgeführt sein, wodurch sich eine sich konisch erweiternde Druckfläche F ergibt. Die konische Druckfläche F kann glatt ausgeführt sein. Sie kann aber auch mit Stufen ausgerüstet sein.
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Die beiden axialen Enden des Gehäuses 1 sind durch Dichtelemente 4 und 5 hermetisch dicht verschlossen. Die Dichtelemente 4 und 5 liegen auch druckdicht an den Teilen 2 und 3 des Arbeitskolbens A an. Sie können mit Vorteil beispielsweise aus Polytetrafluorethylen bestehen. Jeweils außen sind über den Dichtelementen 4 und 5 Scheiben 6 und 7 angeordnet, die außen fest mit dem Gehäuse 1 verbunden sind. Sie bestehen mit Vorteil aus dem gleichen Material wie das Gehäuse 1 und dienen insbesondere als begrenzende Halter für die Dichtelemente 4 und 5.
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Das Stellelement S ist in 1 in seiner Ruhestellung dargestellt. Wenn demselben durch Wärmezufuhr entsprechend den in 2 eingezeichneten, gewellten Pfeilen P1 von außen Wärme zugeführt wird, dann wird der Dehnstoff D erwärmt. Er dehnt sich dadurch aus und er kann bei ausreichender Erwärmung in einen flüssigen Zustand übergehen. Der sich ausdehnende Dehnstoff D drückt gegen die Druckfläche F des Arbeitskolbens A, so dass derselbe in Richtung des Pfeiles P2 bewegt wird. Der Teil 2 des Arbeitskolbens A wird dabei weiter aus dem Gehäuse 1 herausbewegt, während gleichzeitig der Teil 3 desselben in das Gehäuse 1 hineinbewegt wird. Die entsprechende Position des Arbeitskolbens A ist in 2 dargestellt. Der aus dem Gehäuse 1 herausragende Teil 2 des Arbeitskolbens A kann mit Vorteil ausgenutzt werden, um den Hub des Arbeitskolbens A bzw. den Weg, den derselbe zurückgelegt hat, zu messen und zur Anzeige zu bringen. Der auf der anderen Seite aus dem Gehäuse 1 herausragende Teil 3 des Arbeitskolbens A könnte dann grundsätzlich ungenutzt bleiben.
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Das Stellelement S nach den 1 bis 3 kann beispielsweise zum Verstellen eines Ventils und/oder einer Lüftungsklappe eingesetzt werden. Dazu werden im Folgenden zwei Beispiele für die Verstellung eines Ventils beschrieben. Ein drittes Beispiel gibt eine andere Anwendung an.
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Beispiel 1
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Ein in den 4 und 5 rein schematisch dargestelltes bzw. nur angedeutetes, mit einem Stößel 8 ausgerüstetes Ventil V ist im Ruhezustand geöffnet. Sein Stößel 8 ragt dann unter der Wirkung einer der Einfachheit halber nicht mit dargestellten, im Ventil V vorhandenen Rückstellfeder aus demselben heraus. Über dem Ventil V ist ein Stellelement S so angeordnet, dass die Stirnseite des Teils 2 des Arbeitskolbens A mit dem größeren Durchmesser an der Stirnseite des Stößels 8 des Ventils V anliegt. Das Stellelement S ist in der dargestellten Position fest in einem nicht mit dargestellten Gerät angebracht, das an dem Ventil V befestigt ist. Bei Erwärmung des Stellelements S wird der Arbeitskolben A desselben - so wie es für 2 beschrieben ist - aus dem Stellelement S herausgedrückt. Er drückt dann auf den Stößel 8 des Ventils V und bewegt denselben in die in 5 gezeigte Schließstellung des Ventils V.
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Beispiel 2
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Das Ventil V nach den 6 und 7 ist im Ruhezustand geschlossen. Das ist durch das Stellelement S erreicht, dessen Arbeitskolben A mit der Stirnseite seines Teils 3 fest an der Stirnseite des Stößel 8 des Ventils V anliegt. Das Stellelement S ist dabei wieder - wie schon für die 4 und 5 erwähnt - fest in einem mit dem Ventil V verbundenen Gerät angebracht. Der Arbeitskolben A wird durch eine durch einen Pfeil P3 angedeutete Feder gegen den Stößel 8 gedrückt, die ebenfalls in dem Gerät angebracht ist. Bei einer Erwärmung des Stellelements S wird dessen Arbeitskolben A in Richtung des Pfeils P4 nach oben bewegt, und zwar entgegen der Wirkung der Feder P3, die dabei zusammengedrückt wird. Der Stößel 8 des Ventils V wird dadurch entlastet und unter der Wirkung seiner Rückstellfeder ebenfalls in Richtung des Pfeils P4 nach oben bewegt. Das Ventil V ist dann geöffnet (7).
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Beispiel 3
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Das Stellelement S kann gemäß 8 auch als Zugelement eingesetzt werden. Es wird dazu fest und unverrückbar in ein Gerät eingebaut. Der Teil 3 des Arbeitskolbens A des Stellelements S mit dem kleineren Durchmesser kann mit Befestigungselementen ausgerüstet sein, beispielsweise mit mindestens einem Durchgangsloch 9. In dem Durchgangsloch 9 kann eine Zugstange 10 angebracht sein, die mit einer Lüftungsklappe 11 verbunden ist. Bei einer Erwärmung des Stellelements S wird die Lüftungsklappe 11 durch den Arbeitskolben A des Stellelements S beispielsweise in Richtung des Pfeiles P5 geöffnet. Bei Abkühlung des Stellelements S wird der Arbeitskolben A durch eine externe Feder wieder in die aus 8 ersichtliche Position gedrückt, in welcher die Lüftungsklappe 11 geschlossen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19827886 A1 [0001, 0003]
- DE 1600713 A [0003]
