DE1062494B - Verfahren zur Erzeugung von Schubbewegungen von Antriebskolben und Vorrichtungen zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

Es ist bereits bekannt, zur Erzeugung von Schubbewegungen von Antriebskolben elektrisch, beheizbare Medien zu verwenden, die in einen durch den Antriebskolben abgeschlossenen Raum eingebracht werden und die auf Grund einer Volumenänderung· in Abhängigkeit von der Temperatur die Schubbewegung bewirken. Solche Einrichtungen werden insbesondere für Schalt- und Regelventile verwendet, bei denen die Durchflußöffnung in Abhängigkeit von der Stellung des Antriebskolbens geöffnet oder geschlossen wird. Auch für das kontinuierlich erfolgende öffnen oder Schließen sind solche Einrichtungen bekanntgeworden. Neben dem Antrieb von Schalt- oder Regel ventilen können diese Einrichtungen auch für den Antrieb von Schaltern der Elektrotechnik und auch für Kalt- und Warmverformungsmaschinen verwendet werden.

Nach den bekannten Verfahren wird dabei mit Erzeugung der Antriebskraft durch Wärmeaus dehnung einer Flüssigkeit gearbeitet. Es sind jedoch auch schon Verfahren bekanntgeworden, bei denen verdampfbare Flüssigkeiten verwendet werden. Endlich ist es bekannt, die bei Temperaturänderung eintretende Volumenänderung fester Stoffe für den Antrieb eines Kolbens auszunutzen. Alle diese bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß die Schubkraft und damit dear vom Kolben gegen eine Gegenkraft zurückgelegte Weg in starkem Maße von der Temperatur des verwendeten Mediums abhängig ist. Die Praxis hat gezeigt, daß bereits geringe Unterschiede in der Umgebungstemperatur des Gerätes zu erheblichen Abweichungen in der Größe der erzeugten Schubkraft führen. Dieses gilt sowohl für die Verfahren, bei denen feste oder flüssige Stoffe als Antriebsmedien verwendet werden, insbesondere jedoch auch für solche Verfahren, bei denen ein flüssiges Medium während der Beheizung in dampfförmigen Zustand übergeführt wird. Die vorliegende Erfindung hat es sich zum Ziel gesetzt, die Nachteile bekannter Verfahren zu vermeiden. Sie stellt ein Verfahren zur Erzeugung von Schubbewegungen von Antriebskolben, insbesondere für Schalt- und Regelventile, elektrische Trenn- oder Leistungsschalter, Kalt- und Warmverformungsmaschinen und ähnliche Vorrichtungen, dar, bei dem in einem durch einen Antriebskolben abgeschlossenen Raum ein elektrisch beheizbares Medium vorgesehen ist, welches ein fester Stoff mit einem oberhalb der Umgebungstemperatur liegenden Schmelzpunkt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die beim Schmelzen oder beim Erstarren der als Antriebsmedien verwendeten festen Stoffe eintretende Volumenänderung die Schubbewegung erzeugt.

Die besonderen Vorteile dieses Verfahrens liegen darin, daß bei der Überführung bestimmter fester Verfahren zur Erzeugung

von Schubbewegungen von Antriebskolben und Vorrichtungen zur Durchführung

des Verfahrens

Anmelder:

Dr.-Ing. Gerhard Walter Seulen,
Remscheid, Ronsdorfer Str. 54

Dr.-Ing. Gerhard Walter Seulen, Remscheid,
ist als Erfinder genannt worden

Stoffe in den schmelzflüssigen Zustand in engem Temperaturbereich starke Volumenänderungen auftreten, mittels deren eine definierte Schubkraft bei ebenfalls definiertem Schubweg erzielt wird.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, für die Regelung der Raumtemperatur in zentralbeheizten Räumen Schalt- oder Regel ventile zu verwenden, bei denen solche Körper bei ihrer Ausdehnung auf eine druckdichte Membran wirken. Diese Einrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß die Alterungsbeständigkeit der verwendeten Membranen gering ist. Außerdem ist der zu erzeugende maximale Druck des Ventiltellers auf den Ventilsitz von der Druckbeständigkeit des Membranwerkstoffes abhängig. Werden nun Membranen aus dehnbaren Stoffen, wie Gummi, Kunststoff od. dgl., verwendet, so ist im Laufe des Dauerbetriebs eine bleibende Dehnung unvermeidlich. Diese führt zu einer Verringerung des Anpreßdruckes, wodurch unerwünschte Undichtigkeiten entstehen, da in einem solchen Fall das Ventil nicht völlig absperrt. Als weitere Folge des unvermeidlichen Auftretens der bleibenden Dehnung des Membranwerkstoffes kehrt der Ventilteller beim öffnen des Ventils nicht in die vorgegebene Endstellung zurück. Auch bei der Verwendung metallischer Membranen treten die beiden genannten Übelstände auf, so daß Einrichtungen dieser Art für einen, einwandfreien Betrieb nicht verwendbar sind.

Die vorerwähnte Erfindung vermeidet hingegen auch die letzterwähnten Nachteile bekannter Einrichtungen. Die bei dem Erfindungsverfahren ausgenutzte Volumenveränderung fester Medien beim Schmelzen oder Erstarren ermöglicht eine genau definierte Verschiebung des Antriebskolbens in seiner Achsrichtung,

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dabei ist die erzeugte Schubkraft praktisch von den Werkstoffeigenschaften, der den druckdichten Raum bildenden Bauteile unabhängig. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es praktisch, beliebig hohe Drücke am Kolben zu erzielen, die lediglich durch die Dichtfähigkeit der zwischen Kolben und Zylinder angeordneten Dichtungselemente begrenzt werden. Das Verfahren kann demgemäß neben der Anwendung für Schalt- und/oder Regelventile auch für die Erzeugung hoher Druckkräfte bei relativ geringen. Weglängen Verwendung finden, wie es beispielsweise bei der Herstellung von Kontaktdrücken für Hochstromschalter, bei Kalt- und Warmverformungsmaschinen, bei Kugeldruckpressen sowie in anderen Anwendungsfällen erforderlich ist, in denen es sich darum handelt, mit möglichst geringem Aufwand hohe Druckkräfte bei relativ kleinen Wegen zu erzeugen.

Die Beheizung des Mediums im druckdichten Raum kann durch einen in diesem Raum befindlichen, über Durchführungen angeschlossenen Heizwiderstand erfolgen. Bei Verwendung elektrisch nichtleitender Medien kann dieser Heizwiderstand als Drahtwiderstand ausgebildet sein. Bei elektrisch leitenden Medien und solchen mit chemischer Agressivität gegenüber dem Widerstandswerkstoff werden zweckmäßig glasierte, zementierte oder lackierte Widerstände, beispielsweise Massewiderstände, verwendet. Bei elektrisch gut leitenden Medien kann die Beheizung auch durch Elektroden erfolgen, die den Heizstrom dem Medium selbst zuführen. In manchen Fällen, insbesondere bei Erzeugung höherer Arbeitsdrücke im Zylinder, ist es vorzuziehen, auf die Anbringung von Durchführungen zum Druckraum zu verzichten und die elektrische Beheizung durch außen auf dem Zylinder aufgebrachte Heizleiter vorzunehmen. Bei entsprechender Ausführung des Zylinders als rohr- oder becherförmiger Körper kann dieser selbst als Heizelement verwendet werden, indem er aus Widerstandswerkstoff hergestellt wird. Die Stromzuführungen werden dann außen angeschlossen. Endlich kann auch auf die isolierte Zylinderwandung außen oder innen eine Heizwedel aufgespritzt werden, an deren Enden der Heizstrom zugeführt wird. Die Stromzuführungen werden dann außen angeschlossen.

Der als Antriebsmedium verwendete feste Stoff soll vorzugsweise einen Schmelzpunkt zwischen 18 und 350° C haben, wobei gemäß der geplanten Verwendung stets solche Stoffe ausgewählt werden, deren Schmelzpunkt höher liegt als die Umgebungstemperatur des Schmelzraumes. Diese Maßnahme ist wichtig, um eine ungewollte Beeinflussung des Kolbenweges durch unvermeidliche Änderung der Umgebungstemperatur zu vermeiden. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, für diese Anwendungsfälle einen festen Stoff mit positiver Schmelzcharakteristik zu verwenden, wie er beispielsweise in ölsäuren, Kohlenwasserstoffverbindungen oder Polyesterverbindungen zur \^rerfügung steht. Das Verfahren unter Verwendung eines Stoffes mit positiver Schmeizcharakteristik ergibt bei Beheizung des Stoffes eine Volumenvergrößerung, die im Bereich der Schmelztemperatur besonders große Werte hat. Der Antriebskolben wird in diesem Fall bei Beheizung des Mediums in Arbeitsrichtung bewegt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es in manchen Fällen zweckmäßig, Stoffe mit negativer "Schmelzcharakteristik zu verwenden, wie beispielsweise Metalle oder Metallegierungen. Hier kommt insbesondere die Verwendung mit Woodmetall, Rosemetall oder Wismut in Frage. Zur Erzielung besonderer temperaturabhängiger Volumenausdehnungen können jedoch auch Metallegierungen anderer Zusammensetzungen verwendet werden. Bei Wahl von Stoffen mit negativer Schmelzcharakteristik tritt beim Schmelzen eine Volumenverringerung ein. In diesem Fall wird der Antriebskolben beim Erstarren in Arbeitsrichtung bewegt. Beim Wiedererwärmen kehrt der Antriebskolben in seine Ausgangsstellung zurück. Um von Fall zu Fall die Bewegungscharakteristik den

to vorliegenden Anforderungen anpassen zu können, sollen gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dem festen Stoff ein oder mehrere Hilfsstoffe in fester,

_ flüssiger oder gasförmiger Form zur Beeinflussung des Schmelz- und/oder Erstarrungsvorganges und/ oder der Dichtfähigkeit des Kolbens beigegeben werden.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Diese Ausführungsbeispiele sind in Verbindung mit Schalt- oder

ao Regelantrieben für Ventile und mit einem Prägewerkzeug dargestellt, sie gelten jedoch sinngemäß auch für solche Fälle, in denen an Stelle von Regel-, Schaltoder Prägebewegungen andere Bewegungen durchgeführt werden müssen, bei denen eine mehr oder minder große Druckarbeit zu verrichten ist. Die in Abb. 1 dargestellte Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein druckdichter Raum aus miteinander verbundenen Zylindern unterschiedlichen Durchmessers gebildet wird, wobei der zylindrische Raum größeren Durchmessers zur Aufnahme der Heizelemente, der zylindrische Raum kleineren Durchmessers als Arbeitsraum des Kolbens dient, und daß eine Rückholfeder zur Rückstellung des mit dem KoI-ben verbundenen Arbeitselementes vorgesehen ist.

Abb. 1 zeigt einen Ventilkörper 1, der in bekannter Weise im Innenraum einen Ventilsitz 2 aufweist, auf den ein Ventilteller 3 zum Absperren des Ventils gedrückt wird. Zum öffnen des Ventils wird dieser Ventilteller 3 von dem Ventilsitz 2 abgehoben. Mit dem Ventilteller 3 ist der Ventilschaft 4, der im dargestellten Beispiel als Hohlschaft ausgebildet, ist, fest verbunden. Innerhalb des Hohlschaftes befindet sich die Feder 5, auf die der Kolben 6 einwirkt. Dieser Kolben 6 ist, wie bei 7 schematisch dargestellt, mit einer Rundringdichtung in den Zylinder 8 eingedichtet. An Stelle der dargestellten Rundringdichtung kann auch eine Topfmanschettendichtung oder ein ähnliches, aus der Pneumatik bzw. Hydraulik bekanntes Dichtungselement Verwendung finden. Schließlich können auch mehrere Dichtungsringe hintereinander angeordnet sein. Der Zylinder 8 bildet den Abschluß des im Deckel 10 vorhandenen zylindrischen Hohlraumes 9. Durch eine Dichtung 11 ist für völlige Druckdichtheit dieses Raumes gesorgt. Diese Dichtung 11 ist im dargestellten Beispiel unterhalb des unteren Randes des Deckels angebracht. Sie kann naturgemäß auch an einer anderen Stelle, beispielsweise bei 12, angeordnet werden. Ah Stelle der dargestellten Flachdichtung kann auch eine Rundringdichtung Verwendung finden. Die Dichtflächen sind dann in der für die Verwendung von Rundringdichtungen vorgeschriebenen Form auszubilden. In den druckdichten Raum 9 wird das zu beheizende Medium eingebracht. Im dargestellten Beispiel erfolgt die Beheizung durch einen niedrigohtnigen Widerstand 13,. dessen Einspeisung über nicht dargestellte druckdichte Durchführungen vorgenommen wird.

Bei Verwendung eines..Mediums mit positiver Schmelzcharakteristilc ergibt sich beim Übergang von

dem festen in den flüssigen Zustand eine Volumenvergrößerung, die zu einer Verschiebung des Kolbens 6 nach unten führt. Die Größe dieses Weges ist bestimmt durch die Größe der Volumenzunahme des im Raum 9 angeordneten Mediums sowie durch das Grundflächenverhältnis des Zylinders 9 zum Zylinder 8. Bei großen erforderlichen Wegen für den Kolben 6 ist es zweckmäßig, den Innendurchmesser des Zylinders 8 relativ klein im Vergleich zum Innendurchmesser des Zylinders 9 zu wählen. Hierdurch gelingt es, die Bauhöhe der Einrichtung auf ein Mindestmaß zu beschränken. Bei Verschiebungen des Kolbens 6 wird über die harte Feder 5 der Ventilschaft 4 in gleicher Weise bewegt. Der Schaft 4 wird dabei durch den Kolben zentrisch geführt. Der am Ventilschaft 4 beispielsweise durch Lötung angebrachte Ring 14 drückt während der Bewegung auf die relativ weiche Feder 15., die innerhalb des Ventilgehäuses 1 durch die Scheibe 16 gehalten wird. Diese Scheibe kann ebenfalls zur Führung des Schaftes 4 ao verwendet werden. Wenn nun der Ventilschaft 4 und der mit diesem Schaft fest verbundene Ventilteller 3 sich so weit bewegt haben, daß der Ventilteller 3 auf den Ventilsitz 2 aufsetzt, so nimmt die harte Feder 5 die bei weiterer Volumenvergrößerung auftretenden Druckkräfte auf. Der Kolben 6 führt dann zum Schaft 4 eine Relativbewegung aus und spannt hierbei die Feder 5. Das Verhältnis der Charakteristiken der Federn 5 und 15 wird dabei so ausgewählt, daß die harte Feder 5, die im nicht vorgespannten Zustand eingebaut wird, etwa die 1,5- bis 4fache maximale Druckkraft hat, verglichen mit der Feder 15, deren Einbau mit Vorspannung erfolgt. Für Niederdruckventile aller Art hat es sich in. der Praxis als günstig erwiesen, wenn die Feder 15 eine Vorspannung von etwa 2 bis 5 kg hat und nach Zurücklegung des Schaltweges von 3 bis 10 mm eine Druckkraft von 3 bis 15 kg aufweist. Durch entsprechende Auslegung dieser Feder sowie Wahl der geeigneten Vorspannung ist es ohne Schwierigkeiten möglich, eine geeignete Charakteristik zu erzielen,, die einen möglichst flachen Verlauf, bezogen auf den Federweg, haben soll. Die Feder 5 dagegen wird mit steilem Verlauf der Charakteristik ausgelegt. Dies bedeutet, daß bei Beginn der Bewegung des Kolbens 6 die Feder.5 auf kleinem Federweg, so weit gespannt wird, daß ihre Federkraft der Vorspannung der Feder .15 entspricht. Gemäß den unterschiedlichen Charakteristiken der beiden Federn 5 und 15 bewegt sich nunmehr der Ventilschaft 4 bei weiterer Volumenvergrößerung und .erhöht. dabei über den Ring 14 die Spannung der Feder 15, bis der ~ ^J Ventilteller auf den Ventilsitz aufsetzt. Während dieser Bewegung tritt an der Feder 5 entsprechend ihrer steilen Charakteristik nur ein geringer Federweg auf.

. Nach Aufsetzen des Ventiltellers ergibt sich bei weiterer Volumenvergrößerung nunmehr nur noch ein ■ Federweg an der Feder 5. Dieser dient dazu, Ungenauigkeiten auszugleichen. und eine Deformation des Ventiltellers oder Ventilschaftes bei weiterer Volumenzunahme des Mediums zu vermeiden. Die Einrichtung, wird umschlossen von dem Gehäuse 17, welches über eine bei 18 dargestellte Dichtung druckdicht mit dem Ventilgehäuse 1 verbunden ist. Die Dichtung 18 kann, wie bereits im Zusammenhang mit der Dichtung 11 beschrieben, - auch als Rundringdichtung ausgebildet sein. Sie kann dabei auch an anderer .Stelle, beispielsweise bei 19, angeordnet sein.

Bei Abkühlung des- im. Raum 9 befindlichen Mediums positiver .SchmeLzcharakteristik ergibt sich, eine Volumenverringerung. Die beiden Federn 5 und 15 drücken den Kolben 6 nach oben. Bei völliger Erstarrung des Hilfsmediums befindet sich der Kolben 6 wieder in Ausgangsstellung. Das beschriebene Spiel wiederholt sich, wenn der Heizwiderstand 13 wieder mit Strom beaufschlagt wird.

Bei Verwendung eines Mediums mit negativer Schmelzcharakteristik spielt sich der Vorgang in umgekehrter Reihenfolge ab. Wird in einem solchen Fall beispielsweise Woodmetall benutzt, so ergibt sich bei einer Beheizung mittels Widerstand" oder mittels zweier Heizelektroden beim Schmelzen eine Volumenverringerung. In diesem Fall bewegt sich also der Kolben 6 bei eingeschaltetem Heizstrom nach oben. Bei ausgeschaltetem Heizstrom ergibt sich während des Er star rungs Vorganges eine Volumenvergrößerung, die den Kolben 6 nach unten bewegt.

Als Medien können eine große Reihe von Stoffen Verwendung. finden, deren Schmelzpunkt stets in einem Temperaturbereich liegen muß, der eine ungewollte Volumenänderung durch die Rückwirkung der Betriebstemperatur des Rohrleitungssystems, in dem das Ventil angeordnet ist, ausschließt. Als Medien mit positiver Schmelzcharakteristik können beispielsweise feste Ölsäuren, wieParffin, Stearin, Olein, Verwendung finden. Auch die Benutzung von anderen Kohlenwasserstoffen oder von Polyesterverbindungen ist möglich. Als Stoffe mit negativer Schmelzcharakteristik kommt beispielsweise Wismut, Woodmetall oder Rosemetall in Betracht.

Außer, dem eigentlichen Medium, durch das die Volumenvergrößerung bzw. -verringerung bei Beheizung und Abkühlung herbeigeführt wird, können noch zusätzliche Hilfsmedien zur Beeinflussung der Ar-. beitscharakteristik in den Raum 9 eingebracht werden. Beispielsweise kann ein Luft- oder Gaspolster vorgesehen werden, wodurch in manchen Fällen die Feder 5 in Wegfall kommen kann, da dann dieses Luftoder Gaspolster die Aufgabe der Feder 5 übernimmt. Zur Beeinflussung der Aufheiz- und Abkühlcharäkteristiken kann auch zusätzlich als Hilfsmedium eine Flüssigkeit,. wie Wasser, Alkohol, Äther, Glyzerin' od. dgl., in dem Raum 9. vorgesehen werden. Neben" der Beeinflussung der Äufhei.z- und Abkühlcharakteristik kann durch .solche Hilfsstoffe die Dichtung des. Kolbens.6 im Zylinder 8 verbessert werden. Bei Zusatz von Glyzerin beispielsweise ist die Gefahr einer Alterung des zur Dichtung verwendeten Werkstoffes ausgeschaltet.

Im dargestellten Beispiel wird mittels des Kolbens 6 die Bewegung des im Zusammenwirken mit den Federn 5 und 15 arbeitenden Ventiltellers 3 gesteuert. In abgewandelter Form kann die gleiche Einrichtung auch zur Erzeugung von Bewegungen bei Ausübung hoher Druckkräfte auf anderen Anwendungsgebieten benutzt werden. Es ist so beispielsweise möglich, bei entsprechender Vergrößerung des Raumes 9 und entsprechender Dimensionierung des Zylinders 8..und des Kolbens 6 erhebliche Druckkräfte mit dem Kolben zu erzielen, ..die. für das Kalt- oder Warmverformen von metallischen, oder nichtmetallischen Werkstücken sowie für das Pressen von Pulver, Granulaten u. dgl. nutzbar gemacht werden können. In diesem .Fall ist es naturgemäß erforderlich, •entsprechend dem großen Volumen..des beheizbaren Mediums eine genügend, starke; Heizquelle in dem Raum 9 anzubringen. Diese Heizquelle kann so· dimensioniert . werden, daß der Schmelzvofgang. sich innerhalb .kürzester ,Zeit vollzieht. In vielen Fällen sind für das Schmelzen nur Zeiträume von 0,5 bis IQ Sek. erforderlich..Je nach dem.geplanten.Verwen-

dungszweck, den erwünschten Drücken und Kolbenwegen sind Leistungen von 1 Watt bis 10O¹ kW erforderlich, um den benötigten Schmelz Vorgang in der gewünschten Zeit herbeizuführen. Während bei Verwendung der Anordnung für Ventile für Heizungsanlagen die Betätigttngszeit sowohl für das öffnen als auch für das Schließen des Ventils von untergeordneter Bedeutung ist, erfordert die Verwendung der Erfindung für Industrieventile im allgemeinen kurze Betätigungszeiten. Auch die Verwendung für Kalt- oder Warmverformungen bzw. für die Pressung elektrischer Kontakte in Schaltern erfordert im allgemeinen möglichst geringe Ansprechzeiten. Die Ansprechzeit ist abhängig von der Schmelzzeit, sie kann durch entsprechende Wahl des eingebauten Heizgerätes und *5 durch entsprechende Auswahl der elektrischen Leistung beliebig beeinflußt werden. Die Zeit für den Abkühlvorgang dagegen ist ausschließlich abhängig von den geometrischen Abmessungen der Einrichtung sowie von den Werkstoffkonstanten. Zur Beeinflussung der Abkühlzeit können zusätzliche Mittel angewendet werden, wie beispielsweise Kühlrippen oder Kühlfahnen, die im Bereich des Raumes 9 außen am Gehäuse angebracht werden. Für solche Anwendungsfälle, in denen sehr kurze Ansprechzeiten verlangt werden, kann mit einer zwangsweisen Luft-, Gasoder Flüssigkeitskühlung gearbeitet werden.

Abb. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Verwendung beim Kalteinsenken von Werkstücken. Der druckdichte Raum 1 wird gebildet aus dem starkwandigen Behälter 2, an dem beispielsweise an der Stelle 3 über Flansche der Zylinder 4 angebracht ist. In dem Zylinder 4 bewegt sich der Kolben 5, der gegen die Zylinderinnenwandung mittels der schematisch dargestellten Dichtelemente 6 abgedichtet ist. An dem Kolben 5 ist das eigentliche Arbeitswerkzeug 7 angebracht. In solchen Fällen, in denen nur ein bestimmter und definierter Weg von dem Werkzeug 7 zurückgelegt werden soll oder nur eine bestimmte und definierte Druckkraft aufgebracht werden soll, kann es zweckmäßig sein, ein federndes Element in den Kraftweg einzuschalten. Die Anbringung dieses federnden Elementes kann beispielsweise innerhalb des Zylinders 4, wie bei S dargestellt, in Form einer Feder erfolgen. An Stelle einer Wendelfeder kann auch eine Flachfeder, Blattfeder od. dgl. verwendet werden. Es können auch Druckpolster durch Zwischenschaltung von hydraulischen oder pneumatischen. Elementen erzeugt werden. Über die beiden Durchführungen 9 ist das Heizelement 10., welches sich im Raum 1 befindet, an eine geeignete Stromquelle 13 angeschlossen. Das Heizelement 10 ist dabei derart tnäanderförmig oder wendelförmig ausgebildet, daß ein Schmelzen des Mediums durch gleichmäßige Wärmezufuhr in kürzester Zeit sichergestellt ist. Für die Abkühlung des Mediums kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das Heizgerät 10 rohrförmig ausgebildet sein, so daß die Möglichkeit besteht, beispielsweise über ein Magnetventil 12 nach Abschaltung der Heizleistung schlagartig ein Kühlgas oder eine Kühlflüssigkeit in Richtung des Pfeiles 11 durch das rohrförmige Heizgerät 10 zu leiten. Hierdurch wird innerhalb kürzester Zeit die Schmelzwärme des Mediums abgeführt und hierbei die Volumenverminderung bei Medien mit positiver Schmelzcharakteristik bzw. die Volumenvergrößerung bei Medien mit negativer Schmelzcharakteristik herbeigeführt. Es kann auch der Behälter 2 als Doppelmantelbehälter ausgebildet sein» um durch Zuführung von Kühlgas oder Kühlflüssigkeit, wie beispielsweise Luft oder Wasser, die Kühlwirkung beim Erstarrungsvorgang zu unterstützen. Schließlich können auch hohle Heizleiter und Doppelmantelbehälter gleichzeitig Anwendung finden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Einrichtung auch so ausgebildet werden, daß das Medium in dem Innenraum von Heizrohren angebracht wird, die elektrisch beheizt werden. Abb. 3 zeigt eine solche Ausbildungsform. In dem zur Aufnahme der auftretenden hohen Drücke mit starker Wandung ausgebildeten Rohr 1 ist innen das Medium 2 eingefüllt. Das Rohr 1 befindet sich innerhalb eines geschlossenen. Behälters 3. An das offene Ende des Rohres ist über einen Flansch der Druckzylinder 4 angeschlossen, in dem sich der Kolben 5 in üblicher Weise in Richtung des Pfeiles 12 bewegt. Über den Zufluß 6 wird bei Abschaltung der Heizleistung über ein Magnetventil 7 Kühlflüssigkeit in den Behälter 3 eingepreßt, wodurch sich das Medium 2 innerhalb der Heizrohre 1 schlagartig abkühlt. Nach der Abkühlung wird über den Abfluß 8 und das Ventil 9 das Kühlwasser abgeleitet, worauf der nächste Aufheizprozeß beginnen kann. An Stelle des in Abb. 1 dargestellten U-förmig gebogenen Rohres mit zwei Schenkeln kann auch eine Vielzahl von solchen U-förmigen oder geraden Rohren verwendet werden, deren einzelne Abschnitte entweder hintereinander oder parallel geschaltet sind. Entsprechend der Dimensionierung der Heizrohre und ihrer Schaltungsart wird die Heizquelle, die bei 10 und 11 angeschlossen wird, ausgewählt. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, die Heizenergie über einen Trafo mit einer Spannung von nicht mehr als 42 Volt zuzuführen. Für größere Anlagen jedoch ist es durchaus möglich, die Heizspannung auf 220 oder 380 Volt zu erhöhen. In diesem Fall muß für eine entsprechende Isolierung der spannungsführenden Teile gesorgt werden.

Die Erfindung ist in den beschriebenen drei Beispielen für die Betätigung von Ventilen sowie die Erzeugung hoher Druckkräfte für das Verformen von Werkstücken dargestellt. Sie kann darüber hinaus in allen Fällen Anwendung finden, in denen es darauf ankommt, ohne Verwendung von Pumpen, Kompressoren od. dgl. große Druckarbeiten zu verrichten. Naturgemäß ist die Erfindung vorzugsweise dort anzuwenden, wo es darauf ankommt, relativ hohe Druckkräfte bei geringen Wegen zur Auswirkung zu bringen, wie es unter anderem in der Ventiltechnik, beim Kaltprägen, Tablettieren, Pressen oder Stauchen erforderlich ist.

Claims (13)

PaTENTANSPP. OCHE:

1. Verfahren zur Erzeugung von Schubbewegungen von Antriebskolben, insbesondere für Schalt- und Regelventile, elektrische Trenn- oder Leistungsschalter, Kalt- und Warmverformungsmaschinen und ähnliche Vorrichtungen, bei dem in einem durch Antriebskolben abgeschlossenen Raum ein elektrisch beheizbares Medium vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß für dieses Medium ein fester Stoff mit einem oberhalb der Umgebungstemperatur liegenden Schmelzpunkt verwendet wird, wobei die beim Schmelzen oder beim Erstarren eintretende Volumenänderung die Schubbewegung erzeugt,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als fester Stoff ein solcher mit einem Schmelzpunkt zwischen 18 und 350° C Verwendung findet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stoff mit positiver Schmelzcharakteristik, wie beispielsweise ölsäuren, Kohlenwasserstoffverbindungen oder Polyesterverbindungen, verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stoff mit negativer Schmelzcharakteristik, wie beispielsweise Metalle ader Metallegierungen, Woodmetall, Rosemetall oder Wismut, verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem festen Stoff ein oder mehrere Hilfsstoffe in fester, flüssiger oder gasförmiger Form zur Beeinflussung des Schmelz- und/oder Erstarrungsvorganges und/oder der Dichtfähigkeit des Kolbens beigegeben werden.

6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der druckdichte Raum (Abb. 1, 9) aus zwei miteinander verbundenen Zylindern unterschiedliehen Durchmessers (9 α und 9 b) gebildet wird, wobei der zylindrische Raum größeren Durchmessers (9 a) zur Aufnahme des oder der Heizelemente (13), der zylindrische Raum kleineren Durchmessers (9 b) als Arbeitsraum des Kolbens (6) dient, und daß eine Rückholfeder (15) zur Rückstellung des mit dem Kolben (6) verbundenen Arbeitselementes (3, 4) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenzeichnet, daß der Arbeitskolben (6) über eine Kolbenfeder (5) steiler Charakteristik auf das Arbeitselement (3) einwirkt, wobei die Kolbenfeder (5) in einem auf der rückwärtigen Seite des Arbeitselementes (3) angebrachten Hohlschaft (4) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Beheizung des festen Stoffes mittels eines Heizwiderstandes (13) erfolgt, der in dem zylindrischen Raum (9 a) untergebracht ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Beheizung mittels in den druckdichten Raum (9 a) hineinragender Elektroden erfolgt.

10. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem durch den Antriebskolben abgeschlossenen Raum (Abb. -2, 1) innerhalb des festen Stoffes ein rohrförmiger Heizleiter (10) angeordnet ist, der in seinem Innenraum durch ein gasförmiges oder flüssiges Medium (11) gekühlt werden kann.

11. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Antriebskolben abgeschlossene Raum zur Aufnahme des festen Stoffes (Abb. 3, 2) ganz oder teilweise von einem rohrförmigen Heizwiderstand (1) gebildet wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandungen des Druckraumes mit Kühlrippen und/oder Kühlfahnen versehen sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in oder um den Druckraum Kühlrohre oder Kühlmäntel zur Führung von Kühlgasen, Kühlluft oder Kühlflüssigkeit angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 926 765, 955 918;
USA.-Patentschriften Nr. 2 322 762, 2 433 493, 271307;

französische Patentschrift Nr. 345 050.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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