DE2238076C2 - Thermisches Stellglied - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein thermisches Stellglied gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein solches thermisches Stellglied ist aus der US-PS 33 30 480 bekannt Bei diesem Stellglied ist das Kolbenbauteil mittels einer Kolbenstange über eine sehr lange Strecke geführt, so daß es nicht zu einer Schrägstellung des Kolbenbauteils kommen kann. Auch der das durch Wärmezufuhr ausdehnbare Medium enthaltende Behälter sitzt in enger Führung im Gehäuse des Stellglieds, so daß der Behälter keine Schrägstellung bezüglich des Kolbenbauteils einnehmen kann. Zur Erzielung eines einwandfreien Betriebs müssen bei dem bekannten Stellglied die Bauteile mit relativ engen Toleranzen hergestellt werden, da es sonst unter Umständen zu einem Verkanten der Kolbenstange in ihrer Führung kommen könnte; Maßnahmen, die ein solches Verkanten verhindern könnten, sind beim ⁴^ bekannten Stellglied nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stellglied der geschilderten Art so auszugestalten, daß es ohne Einhaltung enger Toleranzen kostengünstig in Massenfertigung hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Stellglied werden sehr große Fehlstellungen zwischen dem Gehäuse, dem " Behälter und dem Kolbenbauteil zugelassen, ohne daß dadurch die Wirksamkeit des Stellglieds beeinträchtigt wird. Insbesondere kommt es nicht zu einem Verkanten der sich relativ zueinander bewegenden Teile, auch wenn diese Teile nicht genau axial zueinander liegen, ^b0 sondern schräg zueinander verlaufen oder axial versetzt sind. Die spezielle Ausbildung der Umfangskante und der Tragstreben ermöglicht es, den Behälter so im Gehäuse zu halten, daß er sich, falls notwendig, bezüglich des Kolbenbauteils schrägstellen kann. ·>'">

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt eines nach der Erfindung ausgebildeten thermischen Stellelieds und

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 von F i g. 1.'

In F i g. 1 ist ein thermisches Stellglied 10 dargestellt Das thermische Stellglied 10 ist in F i g. 1 im wesentlichen in einer senkrechten Ausrichtung dargestellt; es weist ein Gehäuse 12 auf, das an einem Ende eine Öffnung 14 aufweist und am anderen Ende im wesentlichen geschlossen ist Ein becherförmiger Behälter 16 ist innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet; die Bodenfläche dieses Behälters 16 ist neben dem geschlossenen Ende des Gehäuses 12 angeordnet Der Behälter 16 weist gegenüber der Basis einen langgestreckten Halsabschnitt 18 auf, der einen Durchgang umgibt der axial mit der Öffnung 14 fluchtet jedoch im Abstand von dieser verläuft Der Behälter 16 ist im wesentlichen vollständig mit einem ausgewählten, durch Wärmezufuhr ausdehnbaren Medium 20 gefüllt, das derartige thermische Expansionseigenschaften hat, daß sein Volumen bei einer Erhöhung seiner Temperatur auf einen vorbestimmten Wert zunimmt. Ein selbstregelndes Heizelement 22 steht in thermischer Verbindung mit dem Medium 20, und dieses auch als Kaltleiter bezeichnete Heizelement kann bei Zufuhr elektrischer Energie Wärme bei einem im wesentlichen konstanten Temperaturwert erzeugen, der ausreicht, um das Medium 20 auf den vorgewählten Temperaturwert zu erhitzen, der erforderlich ist um die gewünschte Ausdehnung des Mediums 20 zu erreichen. Das Heizelement 22 weist vorzugsweise einen positiven Temperaturkoeffizienten seines elektrischen Widerstandes auf, und es zeigt eine bestimmte Übergangstemperatur, über der sein Widerstand sehr schnell ansteigt. Zusätzlich ist ein bewegliches Kolbenbauteil 24 vorgesehen, das eine Kraftaufnahmefläche 26 und eine Kraftaufbringungsfläche 28 hat. Das bewegliche Kolbenbauteil 24 weist einen Kolbenkopf 30 auf, der gleitbar innerhalb des Halsabschnitts 18 angeordnet ist und der aus einer Ruhestellung in eine Arbeitsstellung gebracht werden kann, wenn sich das Medium 20 ausdehnt. Das Kolbenbauteil 24 weist auch eine Kolbenstange 32 auf, die in die Kraftaufbringungsfläche 28 ausläuft und gleitbar innerhalb der Öffnung 14 des Gehäuses 12 angeordnet ist, so daß sie sich aus dem Gehäuse 12 nach außen bewegen kann. Es ist eine Dichtung 34 vorgesehen, die neben der Kraftaufnahmefläche 26 des Kolbenkopfs 30 innerhalb des Halsabschnitts 18 angeordnet ist, um den Kolben in abgedichteter Weise gegenüber dem Medium 20 innerhalb des Behälters 16 zu halten. Die Dichtung 34, die von einem O-Ring gebildet ist, umgibt dabei einen am Kolbenkopf 30 angesetzten Übertragungskolben 64, der dadurch im Halsabschnitt 18 zentriert gehalten wird. Um das Kolbenbauteil 24 in seiner zurückgezogenen Ruhestellung zu halten, ist innerhalb des Gehäuses 12 eine Feder 36 vorgesehen, mit der das Kolbenbauteil 24 in seiner Ruhelage gehalten wird, wenn dem Heizelement 22 keine elektrische Energie zugeführt wird.

Das Gehäuse 12 kann aus einem Bauteil hergestellt sein. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse jedoch obere und untere Abschnitte 12a und 120 auf. Der untere Abschnitt \2b des Gehäuses 12 kann aus einem verhältnismäßig dauerhaften, billigen, nicht leitenden Material hergestellt sein, beispielsweise einem Phenol-Kunststoff, und dieser Abschnitt kann eine umlaufende, nach außen vorspringende Schulter 12c aufweisen, um die Befestigung des unteren Abschnittes am oberen Abschnitt 12a zu erleichtern. Der obere

Abschnitt 12a kann in bestimmten Fällen ebenfalls aus einem geeigneten nichtleitenden Material, wie beispielsweise aus einem Phenol-Kunststoff, bestehen, jedoch besteht beim dargestellten Ausführungsbeispiel dieser Abschnitt aus einem verhältnismäßig billigen leichten Metallmaterial, beispielsweise Alumimium, wobei der untere Abschnitt um den Schulterabschnitt 12c des unteren Abschnittes 126 des Gehäuses umgebogen'ist, während der obere Abschnitt die Öffnung 14 begrenzt, die gleitbar die Kolbenstange 32 aufnimmt Der Behälter 16 ist schwenkbar innerhalb des unteren Abschnittes 12i> des Gehäuses gelagert Diese schwenkbare Lagerung erfolgt zu dem Zweck, Fehlausrichtungen des Kolbenkopfs 3ö innerhalb des Halsabschnitts 18 zu kompensieren. Im Halsabschnitt 18 ist eine öffnung 38 an einer Stelle in der Nähe des oberen Endes angebracht, die einen Abzugskanal bildet durch den überschüssige Mengen des Mediums 20 während der Kalibrierung des Stellglieds ausströmen können. Der Behälter 16 besteht vorzugsweise aus einem dauerhaften, nicht korrogierenden Material, welches gute thermische Leitungseigenschaften aufweist beispielsweise Messing, Kupfer usw.

Das thermisch ausdehnbare Medium 20 füllt mit Ausnahme des Halsabschnitts 18, der den Kolbenkopf 30 aufnimmt im wesentlichen vollständig den Innenraum des Behälters 16 aus. Das thermisch ausdehnbare Medium ist derart ausgewählt, daß es einen Temperaturausdehnungskoeffizienten hat, der für eine spezielle Anwendung geeignet ist. Es kann ein geeignetes destilliertes Wachs sein, das die vorgewählten themischen Expansionseigenschaften aufweist.

Es können verschiedene Arten von Wachs, Polyäthylen, usw. verwendet werden, die eine relativ abrupte Phasenänderung aus einem festen in einen flüssigen ^J5 Zustand und eine entsprechende Expansion durchführen, wenn sie auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt werden. Alternativ können verschiedene Arten von ölen verwendet werden, die eine im wesentlichen lineare Expansionsrate bei einer Erhitzung aufweisen. Beispielsweise kann das Medium 20 derartige Eigenschaften aufweisen, daß es bis zu etwa 60⁰C in einem festen Zustand verbleibt, jedoch in einen flüssigen Zustand übergeht und dabei um etwa 10% seines Volumens expandiert, wenn die Temperatur bis auf ⁴⁾ 70°C ansteigt so daß eine ausreichende Kraft gegen die Kraftaufnahmefläche 26 des Kolbenkopfes 30 ausgeübt wird, um diesen Kolbenkopf in eine Stellung zu bewegen, die sich etwa in der Mitte der Länge des Halsabschnitts 18 befindet, wobei an dieser Stelle sich '" die Kolbenstange 32 die Arbeitsstellung, einnimmt Dadurch wird eine vorbestimmte Kraft gegen ein äußeres Bauteil ausgeübt, oder es wird eine entsprechende Bewegung dieses äußeren Bauteiles ausgelöst, auf das die Kraftaufbringungsfläch^ 28 einwirkt

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Heizelement 22 außerhalb des Mediums 20 montiert, so daß jede mögliche Verschmutzung ausgeschaltet wird. Das Heizelement ist jedoch innerhalb des Gehäuses 12 angebracht so daß es gut geschützt ist Die elektrische Speisung des Heizelements 22 erfolgt über zwei elektrische Leitungen 40, 42, die mit gegenüberliegenden Kontaktoberflächen des Heizelements 22 verbunden sind, damit Strom hindurchgeleitet werden kann. Die Stromzufuhr zu den Leitungen 40, 42 erfolgt über am Gehäuse 12 nach außen ragende Anschlußklemmen 46,50.

Der Behälter 16 weist an der Verbindungsstelle zwischen seiner Bodenfläche und seiner Umfangswand eine gekrümmte Umfangskante auf. Eine Schwenklagerung für den Behälter 16 zum Kompensieren von Kolbenfehlausrichtungen innerhalb des Halsabschnitts 18 ergibt sich dadurch, daß mehrere Tragstreben 54 vorgesehen sind, die von der Bodenfläche des unteren Gehäuseabschnittes 126 abstehen, wie insbesondere in F i g. 2 dargestellt ist. Diese Streben nehmen die gekrümmte Umfangskante des Behälters 16 auf.

Wenn bei dem in F i g. 1 dargestellten thermischen Stellglied eine elektrische Spannung den Anschlußklemmen 46, 50 angelegt wird, beginnt das Heizelement 22, sich zu erhitzen; es erreicht schließlich einen im wesentlichen konstanten vorbestimmten Temperaturwert und behält diesen bei. Die erzeugte Hitze bewirkt, daß das Medium 20 in einer entsprechenden Weise erwärmt wird und sich dabei ausdehnt. Dadurch wirkt auf den Kolbenkopf 30 eine Kraft, so daß er sich um eine vorbestimmte Strecke in Richtung zu seiner Arbeitsstellung verschiebt. Da die Temperatur des Heizelements im wesentlichen konstant bleibt, dehnt sich das Medium 20 lediglich um eine vorbestimmte Volumengröße aus und dieser Ausdehnungszustand wird so lange aufrechterhalten, wie das Heizelement mit Strom versorgt wird. Bei einer Unterbrechung der Stromzufuhr des Heizelements kühlt sich das Medium 20 ab und zieht sich dementsprechend auf sein ursprüngliches Volumen zusammen, so daß der Kolbenkopf 30 in seine Ruhestellung zurückkehrt. Diese Rückkehrbewegung erfolgt unter dem Einfluß der nach unten gerichteten Kraft, die durch die Feder 36 ausgeübt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Thermisches Stellglied mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse zwischen zwei Stellungen verschiebbaren, in eine der beiden Stellungen vorgespannten Kolbenbauteil, einem in dem Gehäuse untergebrachten Behälter, der ein durch Wärmezufuhr ausdehnbares Medium enthält, und der einen Halsabschnitt aufweist, in den ein Kolbenkopf des Kolbenbauteils so ragt, daß er abgedichtet mit dem Medium in einer Kraftübertragungsbeziehung steht, wobei der in den Halsabschnitt des Behälters ragende Kolbenkopf einen wesentlich kleineren Durchmesser als der Halsabschnitt hat und wobei zwischen dem Kolbenkopf im Halsabschnitt und dem Medium zur Kraftübertragung ein im Behälter zentriert und abdichtend gehaltener Obertragungskclben angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Behälter (16) die Verbindung zwischen seiner Umfangswand und seiner dem Halsabschnitt (18) gegenüberliegenden Bodenfläche als gekrümmte Umfangskante ausgebildet ist, die schwenkbar auf am Gehäuse (t2b) angebrachten Tragstreben (54) abgestützt ist.

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