DE1426468A1 - Dampfspannungsbetriebene Servo-Vorrichtung - Google Patents

Description

Dampfspannungsbetriebene Servo-Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Servo-Vorrichtung, in welcher Energie durch die Änderung der Dampfspannung einer kondensierbaren Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur und der Entspannung dieses Dampfes erzeugt wird. Servo-Vorrichtungen, die durch die Veränderung der Dampf* spannung einer kondensierbaren Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Tem« peratur betrieben werden« sind bereits vorgeschlagen worden» doch stieß ihre praktische Verwirklichung auf die Schwierigkeit« eine symmetrische Wärmeübertragung zu verwirklichen, da man durch den Joule*schen Effekt nur über eine Wärmequelle mit einer höheren Temperatur als die Um« gebungstemperatur verfügt.

Die Servo«Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt

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ein wasserdichtes Gefäß, einen Kolben im Inneren dieses Gefäßes, nach dem Peltier«Effekt arbeitende KühlzelLen in einer der beiden durch den Kolben getrennten Gefäßkammern, eine Flüssigkeit mit einer erhöhten gesättigten Dampfspannung bei normalen Temperaturen in jeder Kammer des Gefäßes, und Organe, die den Speisestrom der Zellen in Abhängigkeit yon der Lage des Kolbens verändern lassen.

Bei mit Dampfspannung arbeitenden Servo«Vorrichtungen ist es - · zur Verminderung der Temperaturkonstante der Vorrichtung notwendig, daß der Wärmeaustausch zwischen den wärmeerzeugenden Massen, die die Wand des Zylinders bilden, und der veränderlichen Temperatur» quelle, die beispielsweise im Kolben untergebracht sein kann, auf ein Minimum beschränkt wird. In dem Fall, in dem die veränderliche Tem« peraturquelle eine Wärmequelle ist, ist es notwendig, den ganzen Dampf zu erhitzen, da er sonst kondensieren würde, was mit einer Verminde« rung des Wärmeaustausches zwischen der Zylinderwand und dem Kolben nicht vereinbar wäre. Ist dagegen die veränderbare Temperaturquelle eine KältequeUe, ist nur die Temperatur der Flüssigkeit von Bedeutung, während ein Teil des Dampfes im überhitzten Zustande sein kann, ohne daß dies stört. Der Versuch, den Wärmeaustausch im Inneren des Damp» fes zu reduzieren, anstelle ihn zu begünstigen, ist also möglich, und diese Möglichkeit erlaubt eine tatsächliche Reduktion der Temperatur« konstante.

Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, auf der ein Ausführungs« beispiel des Erfindungsgegenstandes mehr oder weniger schematisch dargestellt ist.

Im einzelnen zeigen;

Fig. 1 eine mit Dampfspannung arbeitende Servo-Vorrichtung gemäß

der Erfindung, in der die nach dem Peltier-Effekt arbeitenden Kühlzellen am Boden des Zylinders angeordnet sind;

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Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer mit Dampfspannung

arbeitenden Servo·*Vorrichtung, In der die nach dem Peltier« Effekt arbeitenden Kühleellen im Kolben angeordnet sind.

In Flg. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 ein Metallzylinder mit einer metallischen Stirnwand 2 bezeichnet, dessen zweite Stirnwand durch die nach dem Peltier-Effekt arbeitenden Ktihlzellen 3 gebildet wird. Der Zylinder ist wasserdicht. Seine Innenwände sind mit einem wärmeieollerenden Überzug 4 versehen, der einen kleinen Reibungskoeffizienten hat, so wie die unter dem Warenzeichen "Teflon" oder "Nylon" vertriebenen Kunststofferzeugnisse.

Die Stirnwand 2 ist mit einer zentralen öffnung 21 für die Stange 7 eines Kolbens 8 versehen. Eine Dichtung 5 verschließt die öffnung 21 zwischen Stirnwand und Kolbenstange 8, und diese öffnung ist wiederum mit einem Faltenbalg 8 verschlossen, der an der Stirnwand 2 einerseits und an der Kolbenstenge 7 anderseits befestigt ist. Dichtring 5 und Fal« tenbalg β zusammen gewährleisten eine absolute Abdichtung der Innen·« kammern 12, IS des Zylinders 1 nach außen.

Der Kolben 8 besteht aus Metall. Seine Stirnwand ist mit einem Überzug 9 aus wärmeiaolierendem Material versehen. Eine torische Dichtung 10 ist über den Umfang des Kolbens 8 angeordnet. Die obere Seite des Kolbens ist mit Vertiefungen 11 versehen, die mit einer FIübsigkeit gefüllt sind, die bei normalen Temperaturen bereits Spannungen von erhöht gesättigtem Dampf aufweist, wie z. B. Freon oder flüssiges Butan. Die Butan-Menge wird so gewählt, daß sie gerade ausreicht, um bei einer Maximaltemperatur von 70 C den notwendigen Dampf zum voll« ständigen Füllen der oberen Kammer 12 zu erzeugen, wenn der Kolben 8 sich in seiner unteren Grenzstellung befindet. Dadurch, daß der Wärmeaustausch zwischen der oberen Kammer 12 und der unteren Kammer 13 der Vorrichtung beschränkt ist, kann man in erster Annäherung annehmen, daß die Temperatur der oberen Kammer 12 der Umgebungstemperatur entspricht.

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In der unteren Kammer 13 ist ebenfalls Butan in einer Menge ent« kalten, die gerade ausreicht um das Maximalvolumen der Kammer,-wenn sich der Kolben in seiner oberen Greazstellung befindet, mit ge« sättigtem Dampf zu folien, wctd zwar bei einer Maximaltemperatur von 60 C. In der Kammer 13 herrscht ein Druck, der dem Dampfdruck des Butans bei aer Temperatur, die an der Oberfläche der Kiiblelemente 3 herrscht^ aiiiepr-iciit. Der erwünschte th^raische Kontakt -s wischen dem flüssigen Butan und dem kalten Teil der KüKLelemeate wird durch die große Oberfläche der Kühlelemente und durch die Anordnung von senkrecht zur Oberfläche der Kühlelemente angeordneten Kontaktrippen 14 gewährleistet. Durch eine geeignete Wahl der Butan-Menge in der Kammer 13 kann vermieden werden, daß im. Falle einer unbeabsichtigten Überhitzung der Wände der Kammern der Druck einen zu großen Wert annimmt und den dichten Behälter sprengt. Bei 60 C ist die

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Dampfspannung von Butan 5, 5 kg/cm . Der Dampfdruck steigt oberhalb dieser Temperatur nur linear an, bis keine Flüssigkeit mehr zum Ver« dampfen vorhanden ist.

Mit dem oberen Teil der Kolbenstange 7 ist der Kern 16 eines Differenzialtransformators 15 verbunden, der eine Wechselspannung erzeugt, deren Amplitude der Verschiebung des Kolbens 8 aus seiner Mittelstellung proportional ist. Diese Spamrung wird durch die Gleichrichterbrücke 17 gleichgerichtet und am Eingang des Verstärkers 18 der an die Klemmen 19 gelegten Steuer spannung der Servo-Vorrichtung gegengeschaltet. Je nachdem, ob die an der Gleichrichterbrücke auftretende Spannung größer oder kleiner als die Steuerspannung ist, er« scheint die Spannungsdifferenz positiv oder negativ; sie wird verstärkt in dem Verstärker 18, der einen positiven oder negativen Strom von veränderlicher Stärke liefert, der in die Peltier-ZeUen geleitet wird. Wenn die Ausgangsspannung der Gleichrichterbrücke 17 die Steuerspan« nung übersteigt, fließt der Steuerstrom in einer Richtung, bei der die Oberseite der Zellen gekühlt wird. Die mit dieser Oberfläche in Berührung stehende flüssigkeit kühlt also ab; der Dampfdruck vermindert sich, und der resultierende Druck bewirkt eine Verschiebung des Kolbens nach unten, wobei die Feder 20 zusammengedrückt wird. Die Spannung am

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Ausgang des Verstärkers vermindert sich, und es stellt sich ein Gleich« gewichtszustand zwischen dem in der Kammer 13 des Gefäßes herrschen« den Druck einerseits und dem in der Kammer 12 des Gefäßes herrschen« den Druck und der Reaktionskraft der Feder 20 anderseits ein.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das Gefäß 31 wie In Fig. 1 mit einem Wärmeisoliermantel 34 versehen. Die Peltier-Kühlzellen 33 befinden sich jedoch im Kolben 38. Der Speisestrom ist ein nur in einer Richtung fließender Strom mit der Wirkung,, daß die gekühlte und die erwärmte Zellenseite jeweils die gleichen bleiben. Der« Wärmeaustausch zwischen der warmen Oberfläche und den Kühlrippen 22 muß so gut wie möglich sein. Die untere Kammer 32 des Gefäßes ist mit einer kompreesiblen Substanz mit guter Wärmeleitfähigkeit gefüllt, beispielsweise mit einem Metallgeflecht 3 5.

Um einen Wärmeaustausch im Innern des Dampfes zu verhindern, kann in der Kammer 13 beim Ausführungsbeispiel nach Fig, 1 und in der Kammer 12 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 eine kompressible Substanz mit schlechter Wärmeleitfähigkeit angeordnet werden, bei« spielsweise ein Material mit einer zellenförmigen oder fasrigen Struktur.

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Claims (4)

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   Ansprüche

   1,) \ Servo« Vorrichtung, bei der die Dampfspannung einer kondenaierbaren j

   Flüssigkeit verändert wird, mit einem dichten Gehäuse und einem das Gehäuse in zwei Kammern unterteilenden Kolben, dadurch gekennzeich»- net, daß jede der Kammern eine Flüssigkeit enthält, die bei normalen Temperatiiren eine erhöhte gesättigte Dampfspannung aufweist, und daß die Kammarn mit diesem gesättigten Dampf gefüllt sind; und daß sie xaiter anderem nach dem Peltiereffekt arbeitende Kühlzellen enthält, die in einer der beiden Kammern angeordnet sind, sowie Organe zuxa Variieren des Speisestromes dieser Zellen in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens.
2. 2.) Servo«Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß

   die Kühlzellen auf der Innenseite einer Stirnband des Gefäßes ange« ordnet sind«
3. 3.) Servo« Vor richtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   die Kühlzellen im Kolben angeordnet sind,
4. 4.) Servo«Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

   diejenige Kammer des Gefäßes, die aiif der Seite der erwärmten Oberfläche der Peltier«Zellen liegt- mit einem kompressiblen Körper guter Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise mit einem Metallgeflecht, versehen ist.

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