DE1951435B - Thermischer Proportionalverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen thermischen Propoitionalverstärker für die Verstärkung einer mechanischen Eingangsarbeit durch zusätzliche Verdampfung eitles aus einem Vorratsgefäß in ein Verdampfungsgefäß gelangenden flüssigen Arbeitsmittels durch eine stetig geheizte Hilfswärmequelle, wobei durch die zusätzliche Verdampfung eine erhöhte Ausgangsarbeit an einem zu bewegenden Stellglied erreicht wird.

Bei einem bereits bekannten thermischen Verstärker wird das in einem geschlossenen System vorhandene Arbeitsmittel durch eine elektrische Heizung zum Teil in den gasförmigen Zustand gebracht und in einem im Innern des Systems angeordneten thermisch isolierten Verdampfungsgefäß gespeichert. Ein ebenfalls im Innern des Systems angebrachter Elektromagnet beeinflußt über ein Hebelwerk und ein Ventil die aus dem Verdampfungsgefäß in den übrigen Innenraum des Systems austretende Gasmenge. Auf diese Weise ist durch den Strom in der Spule des Elektromagneten der Innendruck des Systems und damit über einen elastischen Teil die Stellung des Stellgliedes beeinflußbar. Verschiedene bewegliche Teile befinden sich im Innern des Systems und sind nicht zugänglich. Die elektrischen Zuleitungen zum Elektromagneten und zu der Heizung müssen gasdicht ausgeführt sein. Dies stellt einen großen Aufwand dar.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen thermischen Verstärker zu schaffen, der eine mechanische Arbeit direkt verstärken kann und einfacher im Aufbau ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mechanische Eingangsarbeit Arbeitsmittel aus einem Vorratsgefäß in das Verdampfungsgefäß verdrängt und das Vorratsgefäß und das Verdampfungsgefäß räumlich voneinander getrennt angeordnet und durch ein dünnes thermisch schlecht leitendes Röhrchen miteinander verbunden sind.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in den beiden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei weitere erfinderische Maßnahmen beschrieben werden.

Der thermische Verstärker in Fig. 1 besitzt eine kleine Federbalgdose 1, die das mit Flüssigkeit gefüllte Vorratsgefäß 2 darstellt und eine beheizte große Federbalgdose 3, die das Verdampfungsgefäß 4 darstellt. In der kleinen Federbalgdose 1 ist ein Arbeitsmittel, z. B. Freon, in flüssigem und in der großen Federbalgdose 3 in gasförmigem Zustand enthalten. Die beiden Federbalgdosen sind miteinander durch ein dünnes, thermisch suhlecht leitendes Röhrchen 5 verbunden. Die große Federbalgdose 3 ist von einem Isolationsmantel 6 umgeben und auf der einen Seite über eine wärmeisolierende Unterlage 7 auf dem Gehäuse 8 abgestützt. Die andere Seite wirkt auf eine kräftige Kompensationsfeder 9, die ebenfalls auf dem Gehäuse 8 abgestützt ist. Demzufolge wird der Hub eines Stößels 10 von dem in den beiden Federbalgdosen 1 und 2 bestehenden Druck bestimmt und auf ein hier nicht dargestelltes Stellglied übertragen.

Die große Federbalgdose 3 wird durch den elektrischen Widerstand 11 aufgeheizt, so daß ihre Temperatur bei jedem Betriebsdruck über der Verdampfungstemperatur des Arbeitsmediums liegt. Die Temperatur der kleinen Federbalgdose 1, die ungefähr der Umgebungstemperatur entspricht, liegt unterhalb der Verdampfungstemperatur. Das Federbalgsystem ist so weit mit Flüssigkeit gefüllt, daß sich im Beharrungszustand in der kleinen Federbalgdose 1 nur Flüssigkeit und in der großen Federbalgdose 3 nur Dampf befindet.

Wird das Volumen der kleinen Federbalgdose 1 durch eine mechanische Eingangsarbeit, z, B. mit Hilfe eines Elektromagneten, Motorantriebes, Druckfühlers od. ä., verkleinert, so wird Flüssigkeit in die große Fedp.rbalgdose 3 gespritzt,

Das Röhrchen 5 wirkt dabei als Dämpfung und verhindert ein allzuschnelles Einspritzen. Da die Temperatur der großen Federbalgdose 3 stets über der Verdampfungstemperatur liegt, verdampft die eingespritzte Flüssigkeit und erhöht den Druck im Federbalgsystem. Dabei wirkt die große Federbalgdose 3 gegen die Kompensationsfeder 9 auf den Stößel 10. Die für die Verstärkung der Eingang-sarbeit

erforderliche Energie wird der Wärmekapazität der großen Federbalgdose 3 entzogen, die vom Widerstand Il geheizt wird.

Wird das Volumen der kleinen Federbalgdose 1 vergrößert, dann wird der großen Federbalgdose 3 Dampf entzogen. Der Dampf kondensiert im Röhrchen S oder in der kleinen Federbalgdose 1. Dabei sinkt der Druck im Federbalgsystem und die Hubarbeit der großen Federbalgdose 3 verkleinert sich.

Die Anordnung enthält weiterhin eine Überlastsicherung, die aus einer Hülse 12, einer Überlastfeder 13 und einem Stößel 14 besteht. Die Überlastfeder 13 steht unter einer solchen Vorspannung, daß sie innerhalb des zulässigen Druckes im Federbalgsystem nicht zur Wirkung kommt. Kann jedoch aus irgendeinem Grund Cz. B. Festfressen einer Ventilspindel) der Stößel 10 der erfolgten Eingangsarbeit am Stößel 14 nicht folgen, dann entsteht ein für die Federbalgdosen unzulässiger Druck im Federbalgs/stem. In einem solchen Zustand drückt die kleine Federbalgdose 1 die Hülse 12 entgegen der Vorspannung der Überlastfeder 13 nach oben (s. Figuren). Der Stößel 14 liegt dann mit seiner Schulter nicht mehr an der Hülse 12 an. Der unzulässige Hub bzw. die unzulässige Eingangsarbeit wird jetzt in der Überlastfeder 13 gespeichert. Mit dieser Überlastsicherung wird der Druck im Federbalgsystem und somit die Stellkraft des Stößels 10 begrenzt.

Der thermische Verstärker in F i g. 2 enthält außer den bereits in der Beschreibung zu Fig. 1 genannten und mit den gleichen Bezugsziffern versehenen Bauteilen einen mit Flüssigkeit gefüllten Temperaturfühler 15. Dieser wirkt als Vorratsgefäß für das flüssige Arbeitsmittel aus dem dieses bei Erwärmung des Temperaturfühlers zufolge thermischer Ausdehnung in das ^T'erdampfungsgef äß 4 verdrängt wird und dort verdampft. Bei einem Absinken der Fühlertemperatur wird dem Verdampfungsgefäß 4 Dampf entzogen. Die Temperatur wird also in einen entsprechenden Stellhub des Stößels 10 umgewandelt. Die kleine Federbalgdose 1 dient für den Fall einer Temperaturregelung als Sollwerteinsteliorgan. Die Anordnung tr.it dem Temperaturfühler 15 nach F i g. 2 kann auch ohne die kleine Federbalgdose 1 betrieben werden; es ist dann zweckmäßig, am Temperaturfühler 13 eine Überlastsicherung anzubringen.

Das Verdampfungsgefäß4 in Fig. 2 besteht aus miteinander verschweißten Tellerfedern 16, die einen Gegendruck zu dem im Innern herrschenden Druckerzeuger Die Kompensationsfeder entfällt daher bei dieser Anordnung, Der Widerstand 11 besteht aus einem um den Stößel 10 gewickelten Draht.
Durch die gute thermische Kopplung und die relutiv große Wärmekapazität des Verdampfungsgefäßes 2 ist eine schnelle Wärmeübertragung und somit eine hohe Stellgeschwindigkeit möglich. Für einen stetigen Betrieb muß jedoch die Stellgeschwindigkeit

ίο durch eine zwischen dem Vorratsgefäß bzw. dem Temperaturfühler und dem Verdampfungsgefäß eingebaute Drossel verkleinert werden, um ein Schwingen des Systems zu verhindern.

Der Verstärkungsfaktor der Anordnung hängt

hauptsächlich von der Füllflüssigkeit, dem Betriebsdruck und dem Volumen des Verdampfungsgefäßes 4 ab. Der beschriebene thenp^;"che Proportionalverstärker kann eingesetzt werden, wenn z. B. von einem Regler mehrere größere Stellglieder gleichzeitig oder

aufeinanderfolgend betätigt werden müssen und die Stellarbeit eines billigen Elektromagneten zu klein ist. Rr kann auch zusammen mit mechanischen Regeleinrichtungen für diverse Temperatur- und Druckregelungen verwendet werden. Eine weitere Verwendung

kann erfolgen, wenn ein Stellantrieb mit Nullstelleinrichtung erforderlich ist, die bei Stromausfall anspricht. Die Nullstelleinrichtung, d. h. ein hierfür notwendiger Elektromagnet oder ein Kleinmotor mit Federrücklauf, kann am Verstärkereingang angebracht werden.

Der Verstärkereingang kann je nach dem Verwendungszweck verschieden ausgebildet werden. Ist das Eingangssignal eine zu verstärkende Stellarbeit, die z. B. von einem Elektromagneten Motorantrieb oder Druckfühler geleistet wird, dann wird das die Flüssigkeit enthaltende Gefäß ebenfalls durch ein I-Iubelement dargestellt, dessen Volumen durch die Stellarbeit verändert wird. Bei Temperaturfühlern kann das Gefäßvolumen unverändert bleiben und nur die Flüssigkeit kann sich unter dem Einfluß der Temperatur über die Verbindung zum Hubelement ausdehnen oder zusammenschrumpfen.

Der genannte thermische Proportionalverstärker ist gut für den Einbau in Heizkessel geeignet. Wird

das Verdampfungsgefäß 4 unter der Heizkesselverschalung montiert, dann können der Isolationsmantel 6 und dei Widerstand 11 klein gehalten werden oder sogar fortfallen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche;

1. Thermischer Proportionalverstärker für die Verstärkung einer mechanischen Eingangsarbeit durch zusätzliche Verdampfung eines aus einem Vorratsgefäß in ein Verdampfungsgefäß gelangenden flüssigen Arbeitsmittels durch eine stetig geheizte Hilfswännequelle, wobei durch die zusätzliche Verdampfung eine erhöhte Ausgangsarbeit an einem zu bewegenden Stellglied erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Eingangsarbeit Arbeitsmittel aus dem Vorratsgefäß (2,15) in das Verdampfungsgefäß (4) verdrängt und das Vorratsgefäß (2, IS) und das Verdampfungsgefäß (4) räumlich voneinander getrennt angeordnet und durch ein dünnes thermisch schlecht leitendes Röhrchen (5) miteinander verbunden sind.

2. Thermischer Proportionalverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Temperaturfühler (15) ausgebildetes und mit infolge Wärmedehnung die notwendige mechanische Eingangsarbeit leistendem Arbeitsmittel gefülltes Vorratsgefäß vorhanden ist.

3. Thermischer Proportionalverstärker nach Anspruch ' und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Vorratsgefäße (2,15) mit dem gleichen Verdampfungsgefäß i4) verbunden sind und voneinander unabhängig auf iieses einwirken.

4. Thermischer Proportionalverstärker nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung zwischen dem Vorratsgefäß (2, 15) und dem Verdampfungsgefäß (4) ein Drosselelement angeordnet ist.

5. Thermischer Proportionalverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampfungsgefäß (4) eine Federbalgdose (3) enthält und eine Kompensationsfeder (9) für deren Ausdehnung vorgesehen ist.

6. Thermischer Proportionalverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampfungsgefäß (4) aus verschweißten Tellerfedern (16) besteht.