DE1673457A1 - Stellantrieb mit Dehnstoff-Element und elektrischer Heizung - Google Patents

Description

• "Stehantrieb mit Dehnstoff-Element und elektrischer Heizung" Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb mit DehnstoTf-Element und elektrischer Heizung. Derartige elektromechanische Stellantriebe arbeiten aufgrund des Ausdehnungsprinzipes eines abgeschlossenen Volumens unter Wärmeeinwirkung. Die benötigte Energie -ist ausserordentlich gering. Bei kleiner Abmessung ergeben sich hohe Stellkräfte und ausreichende Stellwege. Regelungstechnisch betrachtet handelt es sich dabei um einen stetigen Regler mit P-Verhalten. Derartige thermostatische Arbeitselemente können entweder als Regler Hilfsenergie betrieben werden, wenn die zur Verstellung des Stellgliedes notwendige Energie von der Regelgröße, z.B. Temperatur, wie vorzugsweise bei Kühlwasserregelungen von Verbrennungskraftmotoren selbst geliefert wird. Es ist andererseits auch möglich, derartige Dehnstoff-Arbeitselemente als Stellglied mit Hilfsenergie zu betreiben, wenn ein Regler das als Stellantrieb benützte thermostatische Arbeitselement über eine elektrische Hei= zung betätigt. Als Stellsignal dient dann eine vom Regler gelieferte Spannurig, belspielsweise zwischen 1 und 24 Volt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Stellantriebe besser als bisher an die Erfordernisse der Praxis anzupassen, und insbesondere die Totzeiten zu verringern und Toleranzen in den Heizkörpern und Dehnstoffelementen auszugleichen.
• Diese Aufgabe wird bei einem Stellantrieb bestehend aus Dehnstoff-Element und elektrischer Heizung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Meßfühler zur Rückmeldung des Hubes an einem anschließbaren Regle vorgesehen ist. Die thermische Rückführung ist in der Regeltechnik an sich bekannt, jedoch wird bei den bekannten Anordnungen ein Teil der Energie von der Stellsei-te an der Regelstrecke vorbei zum Reglereingang zurückgeführt. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird jedoch das vom Regler gelieferte Stellsignal, welches proportional dem Stellweg ist, beeinflusst.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Thermoelement am Dehnstoff-Element angeordnet. Besonders zweckmässig ist es, das Thermo-Element zwischen Dehnstoff-Elementgehäuse und Heizwicklung einzuführen. Das Stellsignal, die Heizspannung, wird vom Regler auf Grund des Ist-Wert-Vergleichs geliefert. Durch die Erwärmung des Dehnstoffes wird der Stellantrieb betätigt und der Arbeitskolben des Dehnstoff-Elementes verschoben. Da das aus dem Regler kommende Stellsignal proportional der Abweichung des Sollwertes vom Istwert ist, wird auch dadurch eine entsprechend proportionale Heizleistung und damit eine proportionale Ausdehnung des Dehnstoffes und Verechiebung des Arbeitskolbens erfolgen. Mit denn Arbeitskolben wird dairn ein beliebiges Stellorgan betätigt.
• Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsforrii sind darüberhinaus noch ,schaltmittel zur Voreinstellung bzw. begrenzu::.; des Hubweges vorgesehen. In zweckmäsßger Weise wird ein vom Arbeitskolbbn des Dehnstoff-Elementes betätigbarer Schalter im Heizstromweg angeordnet.
• Die Wirkungsweise, sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Längsansicht des erfindungsgemässen Stellantriebes und Fig. 2 schematisch den Rückführungs-Kreis.
• In einem Gehäuse 1 ist an einer Querwand 2 ein Dehnstoffarbeitselement 3 befestigt. Dabei ist das mit Dehnstoff gefüllt Gehäuse ,4 fest gelagert, während der Arbeitskolben 5 über ein Zwischenstück 6 auf eine Stellstange 7 wirkt. Zur Rückstellung ist eine Rückstellfeder 8 vorgesehen, die sich gegen einen Anschlußflansch 9 einerseits und eine Schaltscheibe 10 am Verbindungsstück 6 abstützt. Die Schaltscheibe 10 kann mit einem, vorzugsweise über eine Spindel 11 längsverschiebbaren,Schalter 12 zusammenwirken. Dieser Schalter 12 dient als einstellbare Hubbegrenzung für den Arbeitskolben 5. Um das Gehäuse 4 des Dehnstoff-Arbeitselemente-s 3 ist eine elektrische Heizung, beispielsweise in Form einer Heizwicklung 13 angeordnet. Zwischen Heizwicklung 13 und Gehäuse 4 ist ein Thermoelement 14 vorgesehen.
• Fig. 2 zeigt schematisch eine Regelung mit Rückführung. Die Stell-, größe Y beeinflußt über den Regler und den Stellantrieb 3 die Regelgröße X, wobei gleichzeitig über die Rückführung Rf ein Teil der Energie von der Stellseite zum Reglereingang zurückgeführt wird. Der erfindungsgemäße Stellantrieb arbeitet folgendermaßen: Die Stellstange 7 kann ein beliebiges, nicht dargestelltes Stellorgan betätigen. In Abhängigkeit vom Ist-Wert der Regelgröße X liefert der Regler Rein Stellsignal in Form einer Spannung zwischen 1 bis-24 Volt an die Heizwicklung 13 des Dehnstoff-Arbeitselementes 3. Die Temeperaturerhöhung bewirkt eine Volumensvergrößerung des im Gehäuse- 4 eingeschlossenen Dehnstoffes, so daß in an sich bekannter Weise der Arbeitskolben 5 (in Fig. 1 nach rechts) verschoben wird. Die Verschiebung stellt die Stellgröße-Y dar. Da die Änderung der Stellgröße mit einer gewissen Trägheit behaftet ist, könnte unter Umständen ein Überschwingen stattfinden. Durch das Thermoelement 14 wird dem Regler jeweils die am Arbeitselement 3 wirksame gemeldet, so daß das Stellsignal entsprechend korrigiert werden kann. Der Arbeitskolben 5 verschiebt über das Zwischenstück 6 die Stehstange 7 gegen die Wirkung der Rückstellfeder B. Ein Schalter 12 ist im Heizstromkreis der Heizung-1.3 angeordnet. Mittels der Spindel 11 kann die Lage des Schalters 12 auf dem Gesamt-Hubeweg des Kolbens bzw. der Stange 7 beliebig gewählt werden. Nach Erreichen des jeweils voreingestelltes Hubes betätigt die Schaltscheibe 10 den Schalter 12 und schaltet somit die Heizstromzufuhr zur Heizwicklung 13 ab. Die Rück-. stellfeder 8 drückt das Zwischenstück 6 und damit den Arbeitskolben 5 wiederum in Richtung zur Ruhestellung. Dabei wird der Schalter 12 wieder geöffnet und die Heizung 13 kann je nach dem vom Regler R gelieferten Stellsignal. wiederum wirksam werden. Dabei dient wiederum das Thermoelement 14 als Rückführung, so daß auch die sonst -auftretenden Schwingungsvorgänge, bedingt durch das Ein- und Ausschalten des Schalters 12iwesentlidh verringert werden.
• Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch sämtliche Teil- und Unterkombinationen der beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale. Insbesondere können als Meßfühler zur Rückmeldung desrHubes auch kapazitive, induktive oder Widerstands-Geber dienen.

Claims (1)

1. Patentansprüche 1. Stellantrieb mit Dehnstoff-Element und elektrischer Heizung gekennzeichnet durch einen Meßfühler zur Rückmeldung ües Hubes an einen anschließbaren Regler. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein fhermoelement (14) am Dehnstoff-Element (4) angeordnet ist. 3. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass -das .Thermoelement (14) zwischen Dehnstoff-Element-Gehäuse (4) und Heizwicklung (13) eingeführt ist. Stellantrieb nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch einen kapazitiven Geber als Meßfühler. 5. Stellantrieb nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch die Verwendung eines induktiven Gebers als Meßfühler. 6. Stellantrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zur Rückmeldung des Hubes an den Regler ein Widerstandsgeber dient. 7. Stellantrieb nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch Schaltmittel (1o,12) zur Voreinstellung bzw. Begrenzung des Hubweges. Stellantrieb nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen vom Arbeitskolben (5) des Dehnstoff-Elementes (3) betätigbarer Schalter (12) im Heizstromweg.