DE1601522A1 - Kraftwandler - Google Patents

Description

München 13, Eilsabethitr. 34

United - Carr Incorporated Boston, Massachusetts,

U. S. A.

Kraftwandler

Die Erfindung betrifft einen Kraftwandler.

Eo sind bereits eine Anzahl von Kraftwandlern oder "Wärme-Mptore'n" bekannt, welche allein durch dia Umgebungstemperaturen in Tätigkeit treten. Demgegenüber bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen elek trisch wirksamen Kraftwandler, welcher nicht von den Bedingungen der Umgebung abhängig ist; daher besteht auch die Möglichkeit der Anwendung bei elektronischen Rückkopplungasyateinen«

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Eines der großen Problece auf des Gebiet der "Wärme -Motoren·* let ee_f das thermieche Material an einer Leck wirkung während des Betriebs des Motors asu hindern, besonders bei den Oberflächen des Kolbens. Dieses Problem wird in einer bekannten Weise durch eine flexible Um hüllung, bekannt als Schuh, gelöst, welcher den Kolben umgibt und diesen von dem thermischen Material trennt· Diese Vorrichtungen sind jedoch zahlenmäßig begrenzt infolge der engen Krafteinleitungsmögliohkeiten; weiter hin neigt das.Material der Umhüllung zu Beschädigungen, wenn das innenliegende Wärmeelement hohen l'emperatur Wirkungen ausgesetzt wird·

Eine andere Möglichkeit zur Lösung des Abdichtprobleme besteht darin, den Kolben in einem vom thermischen Material getrennten Raum anzuordnen, mit einer dazwischen liegenden, biegsamen Membran, so daß bei Vergrößerung des thermischen Mater!ale der Druck gegen die Membran wirkt und diese den Druck dann auf den Kolben überträgt. Diese Membrananordnung begrenzt Jedoch die fiewegungsmögiiohkeit des Kolbons beträchtlich.

Weiterhin ist es möglich, unter Vermeidung von Umhüllungen und andere Abdichtungen, kombinierte Abdichtungen zu ver wenden, wobei die eine Abdichtung auf die andere Abdichtung

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einwirkt. Sas Material jeder dieser Abdichtung 1st gewöhnlich verschieden, um damit unterschiedliche Wirkungen bei unterschiedlichen Belastungen zu erhalten.

Die "Wärme-Motoren", die ein äußeres Wärmeteil (Wärmeelement., welches außerhalb des erwärmten Materials angeordnet ist und häufig auch außerhalb des Gehäuses, das das thermische Material enthält) aufweisen, arbeiten gewöhnlich langsam. Der Grund dafür ist, daß es zur Srwärmung des thermischen Materials erforderlich ist, daß die Wärme von den Elementen durch das Gehäuse dringen und das Material von außen erwärmen muß. Bei der Abkühlung ergibt sich die umgekehrte Folge, Da die Heizelemente gewöhnlich isoliert sind, tritt eine weitere Erschwernis bei der Abkühlung ein.

Der wichtigste, den "Wärmemotor¹¹ betreffende Faktor iet die Größe dieser Baueinheit. Kleine Einheiten können die Arbeitstemperatur viel schneller erreichen als normale Ausführungen. Weiterhin kühlen kleinere Einheiten schneller ab und es ergibt sich so eine schnellere umgekehrte Bewegung«

Die Vorrichtung nach Der Erfindung ist wesentlich kleiner als die im Handel befindlichen Baueinheiten« Weiterhin beträgt das Gewicht weniger als ca. 15 gr und die Vor*

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riohtuDg kann ca. 45 kg innerhalb von weniger als 6 S Über eine Entfernung von sa« 40 a« verschieben.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun einen Kraft -wandler, welcher Über weite Bereiche von Temperaturen schnell wirksam ist und weloher duroh ein elektrisches Element betätigt wird, da* innerhalb dee thermisch ansprechbaren Materials angeordnet ist. Dieses Elenent ist einfach aufgebaut und leicht ssu montieren· Weiterhin bildet ein Teil der Erfindung auch eine Methode zur Abdichtung des Kolbenendes des Kraftwandlers·

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung.dargestellten Ausführungsbeispiels näher be-

schrieben. In der Zeichnung zeigern

Pig, 1 eine Seitenansicht eines elektromechanischen Kraftwandlers nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt naoh der Linie 2-2 in RIg. 1;

Flg. 3 eine Draufsicht auf das Heizelement, welches im Kraftwandler naoh Fig. 1 angewendet wird}

Fig. 4 einen elektromechanischen Kraftwandler nach Pig. 1 in einem automatischen Temperatur - Steuer - bestem.

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C _

liach Fig. 1 weist der Kraftnandler 1 ein Gehäuse 2 in rohrförmiger Form auf und besitzt einen einstückig damit verbundenen Kragen 4, dessen äußerer Durchmesser größer ist als das Gehäuse 2, wodurch eich eine innere Schultor 6 ergibt» Bas Gehäuse 2 ist an beiden JBnden offen und weist eine wsitere innere Schulter 8 auf_s welche an der vom Kragen 4 entfernter liegenden öffnung angeordnet ist. Eine Klemme 10 mit einem Zapfenteil 12 weiat einen zylinclerförmigen Kopf 14 auf (Fig, 2). Ein Heizelement 16 weist ©ine spiralförmige Form auf und besteht aus Draht, dessen eines Ende einen vergleichsweise kleineren Durchmesser 18 als das andere Ende auf- = weist, das einen größeres Durchmesser 20 besitzt. Sas Teil 22 ist ein Isoliertail, z» B* Delrin oder Nylon, und hat eine achsiale B@lming 24, ein Grundteil 26 und ein Buchsenteil 28.

Die Heizanordnung besteht aus de? JO.#game 1O₉ den Isolier- I teil 22 und dem Helzeleiiant 16. Üb dieae Heizanordnung zu montieren, wird das Zapf enteil 12 dea? Klesnrn® 10 Über das größere Durchraeaserand© 20 d@e Heiseleaents 16 gaaehoben, bis das Endteil 16 gegen die obere Fläche des Grundteils 26 stößt. Das Zapfenteil 12 wird dann durch die 'axiale Bohrung 24 des Isolierteils 22 gedrückt, bis das Grundteil 26 nahe zum Kopf 14 der ll@mme 1© koiamt. Daalü liegt

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das Endteil 18 tsiechea Mopt 14- mA Grundteil 26 (Fig. 2)« Sie Heiaanordnung wird anaaebr in das Ge* hause 2 eingebracht. Das Zepfentei^ 12 and das Büchsenteil 28 werden durci) die bej. dt? 0<tyi»l$er β liegende öffnung geschoben, bJ,s die unsere Fläche dee Gruadteils 26 gegen die Schulter 8 anschlägt· Dadurch ergibt eich ein sehr ßutabdichtender Sitz zwischen de» Gehäuse 2 und der Beizanordnung·

Line Isolierbuchse 30 wird in die öffnung dee Gehäuses 2 eingesetzt und liegt an d'agpn innerer Oberfläche an. Das Endteil £0 de? Heiselenente 16 schlägt gegen die öchul ter 6 an und ergibt nach dea endgültigen Zusammenbau eine elektrische Verbindung. Ein Dichtelement 32, welches etwa eine flache, kreisförsiige, ünterlegscheibenartige for« auf weißt, besitzt eine axiale Bohrung $4-, deren Durch messer beträchtlich kleiner ist als der Durchmesser dea Kolbens 26. Öer Kolben 56 iafr atangpnartig ausgebildet«. _t Eine konische iora des Endes de« Kolbens 56 ist nioht erforderlich. Der Kolben 35 wird in da· Dichtelement 32 eingesetzt durph Einschieben durch die Bohrung 34 _t wo « durch sich elfl sehr enger ixeBaiiiZ ergibt« Das Diohtelemont 32 wird dadurch nach Fig. 2 konisch deformiert. Bei der Betätigung hat der innere Druokdas Bestreben, dieses konlach verformte Dichtelement 32 zu einer flachen £bene zu verformen, wodurch sich die Dichtung fest um den Kolben

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?6 herumpreßt. Ein Führungselement 38 sit einem rohr förmigen Körper 40 und einem radial davon auegehenden Plansch 42 begrenzt daa offene Ende. Die Reihenanordnung mit Dichtelement 32 und Kolben 36 wird in das Führungselement 38 eingeführt ₄ inden der Kolben 36 durch die Bohrung des Körpers 40 geschoben wird, bis der Flansch 42 eegen die konkave Oberfläche des üichtelements 32 anschlägt. Es ist hierbei wichtig, daß der Kolben 36 sich axial innerhalb des Körpers 40 bewegen kann ohne Verformung der runden Form der Bohrung 34 des Dichtelements 32. Die Schaftanordnung wird nunmehr in das Gehäuse eingeschoben, wobei das Dichtelement 32 an der inneren Schulter 6 und am Endteil 20 des Heizelements 16 anliegt. Der Seil des Kolbens 36, welcher innerhalb der Eingriffs· ebene des Dichtelements 32 liegt, wird durch das Heizelement 16 geschoben und ist somit von diesem umgeben«. Das freie Ende des Kragens 4 wird nunmehr nach innen umgebogen und legt sich an die Oberfläche des Flansche 42 an; die Montage ist beendet.

Das thermische Material 44 welches in dem Kraftwandler verwendet wird, ist ein synthetisches Wache, welches bei einer Temperatur von etwa 100⁰C schmilzt« Das Wache

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wird is das Gehäuse eingeführt, indem der Kolben 36 herausgezogen und das Material durch.' die Bohrung des Führungselemente 38 eingedrückt bzw· eingepumpt wird. Wens das Innere des Gehäuses 2 Mit Waohs gefüllt ist, wird der Kolben wieder eingesetzt und der Kraftwandler ist damit verwendungsbereit· Ein Schmiermittel, wel · cheB in geringen Mengen gelöst im synthetischen Wachs " 44 enthalten 1st, wurde in dieses eingemischt zu dem Zeitpunkt, in dem das Wachs 44 in das Gehäuse 2 eingedrückt wurde. Alle thermischen Materialien neigen dazu, am Kolben feetzuhatten und damit herausgezogen zu werden. Durch das Schmiermittel werden alle inneren Flächen der Vorrichtung angefeuchtet, einschließlich des Kolbens 36 innerhalb., dea Gehäuses. Dies· Kombination von Dichtung und Schmiermittel 1st sehr wirkungsvoll und trotzdem eine gute und einfache Abgrenzung für das Wache,

Die Isolierbuehse 30 verhindert, dafi das Heizelement 16 mit einer Seite iea Gehäuses 2 in Berührung kommt, welohe aua leitendem Material besteht* JSi 1st, jedoch nicht unbedingt erforderlich, dafi die Xsolierbuohse eingesetzt wird, da daa eyntiietiache Wachs 44 nicht leitend ist und die Lagerung des Heizelements an beiden Soden ausreicht, um eine Berührung der Spirale mit dem Gehäuse 2 su verhindern.

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BADORlGtNAL

Elektromechanisch© Kraftwandler der dargestellten Art sind vielseitig anwendbar, z. B. hei der automatischen Ausrüstung, im Plugwesen, im Hauehalt zur Steuerung von Fensterabdeckungen, von Heizgerätenj von Ventilatoren und Klimaanlagen usw.

In Fig. 4 ist schematisoh ein Ausführungsheispisl dar- ^ gestellt. JSs dient zur Modulation eines heißen und eines kalten Flüssigkeitsstroms mit Hilfe eines elektromechanischen Kraft wandler s. - D®r Kraftwandler 1 ist auf einem Halter 46 montiert, wobei der Kragen 4 gegen einen Plansch des Halters 46 anliegt, Ein© Schaltplatte 48, welche, wenn erforderlich, mit einer Federführung versehen sein kann, ist am freien Ende des Kolbens 36 angeordnet, das über das Führungselement 58 herauaragt. Eine Druckfeder 50 wirkt auf die Schaltplatts 48 &nä kann mit einem End© mit der Federführung zusammenwirken. B&e andere JSnde iaaseJaXiagt ' «ine Welle 52, weiche mit d@r Schaltplatte 48 v®rbrad@a ist· Di© Well© erstreckt sich durch des Halter und ist bei 54 über einen Bolzen mit einer Leitplatte 56 verbunden· Die Verbindung 54 wandelt eine wechselnde lineare Bewegung Ia Winkelbewegung um. Die erste Leitung 5@ führt heiß» Flüssigkeiten oder Gas und die zweite L@itung 60 führt relativ kältete

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Flüssigkeiten oder Gas« Durch die Leitung 62 «erden die ν er mi echten Flüssigkeiten oder Gase abgeführt·

Die Stellung der Leitplatte 56 wird durch den Kraft -wandler 1 gesteuert« und zwar entsprechend dem im Endergebnis gewünschten Betrag von heißer und kalter Flüssigkeit. Diese Steuerung läßt sich für den Kraftwandler leicht durchführen; ein Bimetall - Kontakt (nicht näher dargestellt) ist in der Ableitung 62 in Serie mit dem Kraftwandler geschaltet und eine Strom -quelle steuert die Stellung des Kraftwandlers direkt· Die Auf» Zustellung des Bimetall-Kontakts wird hinsichtlich der Wirkung des Kraftwandlers und damit der Stellung des Leitblechs 48 noch begrenzt; Ein Kontaktteil 64 eines Grenzschalters 66 lat »wischen der Schaltplatte 48 und dem oberen Ende des Halters 46 angeordnet. Die Lage des Schalters 66 ist so Justiert, daß die Schaltplatte 48 nach einem gewiesen Kolbenweg den elektrischen Stroakreis öffnet. Der*Schalter 66 stoppt also die Bewegung des Leitblechs 56, wenn dieses die Leitung 60 (kalte Flüssigkeit) berührt und damit eine weitere Verlängerung des Kraftwandlers verhindert« Während ditsts Vorgang» ist die Feder 50 !zusammengedrückt» Wird eine kühlere Flüssigkeit smis ellung gefordert, verringert eich der Druck dee "Wachses" auf.den Kolben infolge Reduzierung dea Wärme -

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anteilß des Heizelements 16. Durch diese ltettokreduslerung kann eich die Feder 90 «uadehnen und bewegt damit die Welle 52 gegen den Kraftwandler 1. Dadurch bewegt sioh da« Leitblech 56 gegen die Leitung 58 (heiße Flüssigkeit).

Es ergibt sich dadaroll eine einfache Steuerung mit nur drei Elementen: eines elektrisch betätigbaren Kraft» wandler, einem Bimetall-Kontakt und einer Stromquelle· üs läßt sich also mit niedrigen Kosten ein wirksames Servosystem zur Steuerung von zu »!sehenden Medien verwirklichen.

PaUant&nwü¹.«.

DipL-ln-g. E.

München 13. Eiissu* -&*r. 34

BAD ORIGINAL 00985 1/00 45

Claims (5)

1. « <i ·λ'.<:γ: joj'wrt Amiden Patentanwalt

   Dipl.-lng. E. Eder

   München 13, Elisabethstr. 34

   Patentansprüche

   1, Kraftwandler, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (2) mit einer Ausnehmung und einer sich daraus erstreckenden £ Klemme (10), wobei innerhalb des Gehäuses (2) thermisch ansprechbares Material (44) angeordnet let und das Gehäuse ein offenes Ende aufweist, das teilweise durch ein eine öffnung (24) besitzendes Diohtelement (32) verschloosen ist, wobei sich ein Kolben (36) durch die öffnung (354) in das thermisch ansprechbare Material (44) erstreckt, welcher entsprechend der Expansion dieses Materiale (44) relativ gegenüber dem Dichtelement (32) bewegbar ist und forn^r gekennzeichnet durch ein elek trisch betätigbaree Heizelement (16) zur Erwärmung des Materials (44) und durch Befestigungsmittel (6) für das Dichte!ement (32) in Eingriff mit dem Gehäuse ( 2).
2. 2. Kraftwandler nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß ü&B Heizelement* (16) in das thermische Material (44) eingebettet· ist und einen OFeil des Kolbens (36)
3. umgibt. "
4. - 2 - . 009851/0 0 45 ORIGINAL
5. 5. Kraftwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet> daß das Heizelement (16) spiralförmig ausgebildet ist und mit einem bogenförmigen Endstück (20) ah einer inneren Schulter (6) des Gehäuses (2) anliegt«

   4. Kraftwandler nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet,

   daß die Klemme (10) einen Kopf (14) und ein sich davon erstreckendes' Zgpfenteil (12) aufweist, daß ein Isolier« * teil (22) ein Grundteil (26) und ein sich davon erstrecken» des Buchsenteil (28) besitzt, welche- mit einer durch gehenden achsialen Bohrung (24) versehen sind, wobei ein Endstück (16) des Heizelements (16) zwischen dem Kopf

   (14) der Klemme (10) und dem Grundteil (26). des Isoliertßj.ls anordenbar und das Zapfenteil (12) der Klemme (10) durch die achsiale Bohrung (24) des Isolierteils (22)

   schiebbar ist. . · >

   Patentanwalt

   ng·/:« Eder

   1*

   009851/0045