DE2340982A1

DE2340982A1 - Hydraulisches betaetigungsorgan

Info

Publication number: DE2340982A1
Application number: DE19732340982
Authority: DE
Inventors: Christiansen Palle Hein
Original assignee: Nordisk Ventilator Co
Current assignee: Novenco Building and Industry AS
Priority date: 1972-08-21
Filing date: 1973-08-14
Publication date: 1974-03-07
Also published as: US3872778A; NL7311446A; CA963359A; JPS5040975A; FR2197124B1; SE380328B; DD106445A5; FR2197124A1

Description

NORDISK VENTILATOR CO. A/S, Naestved, Dänemark Hydraulisches Betätigungsorgan

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Betätigungsorgan, bestehend aus» einem Zylinder mit einem Verdrängungskolben, der flüssigkeitsdicht durch eine Bohrung in einem Deckel des Zylinders geführt ist, und wobei eine mit dem Kolben fest verbundene Kolbenstange mit einem um eine Drehachse um einen vorgegebenen Drehwin-^x kel schwenkbaren Hebel gekoppelt ist.

Derartige Betätigungsorgane funktionieren in der Weise, dass eine Änderung des im Zylinder enthaltenen Flüssigkeitsvolumens eine » entsprechende, entgegengesetzt gerichtete Änderung des Volumens desjenigen Teiles des Kolbens, der sich in der Flüssigkeit befindet, und damit also eine entsprechende Verschiebung des Kolbens bewirkt. Die Änderung des Flüssigkeitsvolumens kann durch eine Temperaturänderung oder durch Zuführen oder Abziehen einer zusätzlichen Flüssigkeitsmenge durch ein Rohr mit Hilfe eines Steuerorgans hervorgerufen werden, welches Steuerorgan beispielsweise ein Temperaturfühler oder ein Steuerzylinder mit einem darin untergebrachten Kolben sein kann.

Bei den bekannten Betätigungsorganen der betreffenden Art ist der Kolben so geführt, dass er zusammen mit der Kolbenstange eine reine Axialbewegung ausführt, was erforderlich macht, dass in der Verbindung zwischen der Kolbenstange und dem Hebel für eine Beweglichkeit gesorgt ist, die entweder mit Hilfe eines zusätzlichen Gliedes oder dadurch erreicht sein kann, dass' ein Zapfen am einen dieser beiden Organe in ein Langloch am anderen dieser Organe eingreift.

In beiden Fällen führt dies ein gewisses Spiel in der Verbindung mit sich, so dass die Schwenkbewegung des Hebels der Verschiebebewegung der Kolbenstange nicht genau folgt.

Das der Erfindung gemässe hydraulische Betätigungsorgan ist dadureh gekennzeichnet, dass d -> Kolbenstange direkt und drehbar mit

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dem Hebel verbunden ist, dessen Drehpunkt in bezug auf den Zylinder festliegt, dass die Länge der Bohrung wenigstens gleich der grössten Bewegurg des Kolbens in Axialrichtung ist, dass Dichtigkeit zwischen der Kolbenstange und der Wand der Bohrung mit Hilfe eines O-Ringes erzielt ist und dass zwischen den Durchmessern der Bohrung und der Kolbenstange an jeder Stelle und in jeder Stellung ein Unterschied besteht, der grosser ist als das Zweifache der seitlichen Auslenkung, die der Kolben an dieser Stelle infolge der Drehung der Kolbenstange um das Zentrum des O-Ringes aufgrund der direkten Kopplung derselben mit dem Hebel erfährt.

Diese Ausführung ist einfacher als die bekannte Ausführung, bei welcher ein zusätzliches Glied benutzt wird, und sie ermöglicht eine genauere und mit weniger Spiel verbundene übertragung der Bewegung von der Kolbenstange auf den Hebel als die Ausführung der genannten bekannten Konstruktionen. Insbesondere ist die Hysterese in der Einstellung geringer, d.h. einer gegebenen Stellung der Kolbenstange entspricht dieselbe Stellung des Hebels, unabhängig davon, ob die Stellurig durch Bewegung in der einen oder in der anderen Richtung eingenommen wird.

Ferner sei hervorgerufen, dass Versuche, die !angzeitanwendung simulierten, erwiesen haben, dass eine sehr lange Lebensdauer mit sicherer Dichtigkeit erzielt werden kann, und zwar trotz des ürostandes; dass der O-Ring bei seiner Bewegung ausser einem Gleiten in Axialrichtung auch einer gewissen Kippbewegung ausgesetzt ist, die darauf zurückzuführen ist, dass der Kolben gleichzeitig mit seiner Axialbewegung eine Drehbewegung um einen Durchmesser des O-Ringes ausführt.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung lässt sich diese Drehbewegung auf ein Minimum reduzieren, und zwar dadurch, dass die Achse des Kolbens mit der Achse der Bohrung in zwei Stellungen, von denen die eine ungefähr in der Mitte zwischen der einen Extremstellung und der mittleren Stellung des Kolbens und die andere ungefähr in der Mitte zwischen der mittleren Stellung und der anderen Extremstellung des Kolbens liegt, annähernd parallel verläuft.

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Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Betätigungsorgans, welches als Thermostat ausgebildet ist, und

" Fig. 2 einen Teil einer geänderten Ausführungsform·

Das in Fig. 1 dargestellte Betätigungsorgan besteht aus einem Zylinder 1 mit einem Verdrängungskolben 2, der durch eine Bohrung 3 im Deckel des Zylinders geführt ist, welcher bei der veranschaulichten Ausführungsform die Form einer Buchse 4 besitzt. Diese Buchse 4 ist in Axialrichtung verschieblich in einer Bohrung in einem Stirnflansch 5, der mit dem Zylinder 1 fest verbunden ist, und die Dichtigkeit zwischen der Buchse 4 und dem Stirnflansch 5 ist mit Hilfe eines O-Ringes 6 erzielt. Die Bewegung der Buchse in Richtung Zylinderinneres ist durch einen Flansch 7 begrenzt, und der Bewegung in entgegengesetzter Richtung wirkt eine Anzahl von Tellerfedern 8 entgegen, die die einstückig mit dem Kolben 2 hergestellte Kolbenstange 9 umgibt, und diese Tellerfedern Ö sind zwischen den Flansch 7 an der Buchse 4 und einem Zylinderkopf Io eingespannt, der mit Hilfe von Bolzen 11 mit dem Flansch 5 fest ver schraubt und von diesem durch einen die Te Her federn Ö umgebenden, zylindrischen Deckel 12 entfernt gehalten wird, welcher ausserdem die Federn führt und sie gegen eindringenden Schmutz und andere Umwelteinflüsse schützt.

Auf der Oberseite des Zylinder kopf es Io ist ein Ständer 13 befestigt, an dessen oberem Ende ein Hebel 14 um einen Zapfen 15 drehbar gelagert ist. Der Hebel 14 ist ferner mit Hilfe eines Zapfens 16 mit dem oberen Ende der Kolbenstange 9 drehbar verbunden.

Die Kolbenstange 9 ist frei durch eine Öffnung 17 im Zylinderkopf Io geführt und von einer Buchse 1Ö umgeben, die mit Hilfe eines Zapfens oder einer Niete 19 an der Kolbenstange befestigt ist. Die Hohe der Buchse 1Ö ist kleiner als der inwendige Abstand zwischen der Oberseite der Buchse 4 und der Unterseite des Zylinderkopfes lo. Sie liegt in der unteren Extremstellung des Kolbens 2, d.h. in der auf der Zeichnung veranschaulichten Stellung, auf der Buchse 4

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und in der oberen Extremstellung des Kolbens 2 gegen den Zylinderkopf Io an und dient somit zum Pestlegen der Grenzen für die Bewegung des Kolbens 2. Der Kolben 2 ist gegen die Wand der Bohrung 3 in der Buchse 4 mit Hilfe eines O-Ringes 2o abgedichtet, der in einer umlaufenden Rille im Kolben 2 festgehalten ist. Die von der Buchse festgelegte Länge der Bewegung des Kolbens 2 darf somit höchstens gleich der axialen Länge der Bohrung 3 minus der Stärke des O-Ringes 2o sein.

Der Zylinder 1 ist bei der gezeigten Ausführungsform durch einen Boden 21 völlig verschlossen. Er ist mit Flüssigkeit, z.B. Glyzerin, gefüllt, und das Betätigungsorgan kann daher als Thermostat dienen, indem der Zylinder 1 gleichzeitig als Temperaturfühler dient. Durch eine Erwärmung des Zylinders 1 und damit der Flüssigkeit in diesem Zylinder wird das Flüssigkeitsvolumen vergrössert und der Kolben 2 dementsprechend aus dem Zylinder verdrängt und führt mit anderen Worten eine Axialbewegung in Aufwärtsrichtung aus.

Zwecks Rückstellung des Kolbens weist dieser eine in den Zylinder hineinragende Verlängerung 22 auf, die am unteren Ende eine Buchse 23 trägt und von einer Rückstellfeder 24 umgeben ist, die gegen die genannte Buchse 23 und die Buchse 4 anliegt.

Statt ganz verschlossen zu sein, kann der Zylinder durch ein mit dünnen gestrichelten Linien in Fig. 4 angedeutetes Rohr 25 mit einem selbständigen Temperaturfühler oder einem anderen hydraulischen Betätigungsorgan in Verbindung stehen.

Der Hebel 14 kann mit einer Drosselklappe zwecks Einstellung derselben in Abhängigkeit von der Temperatur oder mit einem beliebigen anderen Element gekoppelt sein, das durch hydraulische Betätigung gesteuert werden soll.

Bei den bekannten hydraulischen Betätigungsorganen der beschriebenen Art ist die Bewegung des Kolbens eine reine Axialbewegung, und da die Bewegung des Hebels 14 eine Kreisbewegung ist, ist deshalb eine Gelenkverbindung zwischen dem Hebel 14 und der Kolbenstange 9

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erforderlich, die z.B. durch ein Glied oder durch einen Zapfen 16 hergestellt wird, der in ein Langloch im einen der beiden Elemente eingreift.

Erfindungsgemäss ist keine derartige Gelenkverbindung vorhanden, aber der Kolben 2 ist zu beiden Seiten des O-Ringes 2o mit einem Durchmesser ausgebildet, der um so viel kleiner als der Durchmesser in der Bohrung 3 ist, dass der Axialbewegung des Kolbens eine Drehbewegung überlagert werden kann, die durch die einer Kreisbahn_< folgenden Bewegung des Zapfens 16 notwendiggemacht.wird· Hierdurch wird sowohl eine Vereinfachung der Konstruktion als auch grössere Einstellgenauigkeit erzielt.

Bei der normalen Bewegung des Kolbens liegt die Buchse 4 aufgrund der Federspannung der TellerfedernÖ immer mit dem Flansch 7 gegen den Stirnflansch 5 an, und die Bohrung 3 kann deshalb prinzipiell in einem festen Kopfstück ausgebildet sein, doch wird durch Anwendung der dargestellten Ausführung erreicht, dass ein Ausdehnen der Flüssigkeit im Zylinder 1 über das Volumen hinaus, bei welchem der Kolben seine von der Buchse Iß bestimmte, obere Grenzstellung erreicht, eine Axialverschiebung der Buchse 4 entgegen der Wirkung der Federn S bewirkt, so dass bei überlastung das Betätigungsorgan nicht zerstört werden kann.

Die Drehbewegung, die der Kolben gleichzeitig mit der Axialbewegung ausführt, erfolgt ungefähr um eine Achse in der Ebene des O-Ringes 2o, die durch den Mittelpunkt dieses O-Ringes verläuft, und deshalb wird der O-Ring in seinen beiden Hälften entgegengesetzt gerichteten Torsionsbeanspruchungen ausgesetzt. Um die Drehung des Kolbens und damit diese Torsionsbewegungen zu beschränken, ist es zweckmässig, dass die Achse des Kolbens 2 mit der Achse der Bohrung 3 in zwei Stellungen, von denen die eine ungefähr in der Mitte zwischen der einen Extremstellung und der mittleren Stellung des Kolbens und die andere ungefähr in der Mitte zwischen der mittleren Stellung und der anderen Extremstellung des Kolbens liegt, annähernd parallel verläuft.

Fig. 2 zeigt eine geänderte Ausführung eines Teiles des in Fig.. 1

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gezeigten Organs, die von der Ausführung nach' Fig. 1 hauptsächlich nur dadurch abweicht, dass der O-Ring 2o in einer Rille in einer Buchse 27 festgehalten ist, die der Buchse 4 in Fig. 1 entspricht, während der Kolben, der hier die Bezeichnung 23 trägt, im O-Ring 2o hin- und her gleitet« Der Kolben 2Ö ist hier zylindrisch und hat auf seiner gesamten Ausdehnung denselben Durchmesser, während sich die Bohrung 29 in der Buchse 27 zu beiden Seiten des O-Ringes 2o konisch erweitert, so dass hierdurch der erforderliche Spielraum für die der Axialbewegung überlagerten Drehbewegung des Kolbens erzielt wird.

Damit die erforderliche Dichtigkeit erreicht wird, müssen die mit den O-Ringen zusammenwirkenden Flächen geschliffen sein. Dies bedeutet also, dass die Innenwand der Bohrung 3 in Fig. 1 geschlif.-fen sein muss, während es in Fig. 2 der Kolben 26 ist, der eine geschliffene Oberfläche haben muss.

Befindet sich die Bohrung 3 in einer Buchse 4» wie es bei der Ausführungsform nach Fig. 1 der Fall ist, bei welcher auch an der Aussenseite der Buchse für Dichtigkeit gesorgt sein muss, ist es vorteilhaft, dass der O-Ring im Kolben festgehalten ist, weil man dann lediglich ein einziges Element, nämlich die Buchse 4, mit geschliffenen Oberflächen zu versehen braucht. Wird keine solche verschiebIiehe Buchse benutzt, sondern befindet sich der O-Ring in einem festen, mit dem Zylinder 1 verbundenen Zylinderkopf, so dass nur an einer einzelnen Stelle für Dichtigkeit gesorgt werden muss, kann die Ausführung nach Fig. 2, bei welcher es der Kolben ist, der mit geschliffener Oberfläche auszuführen ist, oft vorteilhafter sein.

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Claims

-7- 7340982 Patentansprüche

1. Hydraulisches Betätigungsorgan, bestehend aus einem Zylinder

(1) mit einem Verdrängungskolben (2), der flüssigkeitsdicht durch eine Bohrung (3) in einem Deckel (4) des Zylinders (1) geführt ist, und wobei eine mit dem Kolben fest verbundene Kolbenstange (9) mit einem um eine Drehachse (15) um einen vorgegebenen Drehwinkel schwenkbaren Hebel (14) gekoppelt ist, dadurch gekeanzeichnet« dass die Kolbenstange (9) direkt und drehbar mit dem Hebel (14) verbunden ist, dessen Drehpunkt (15) in bezug auf den Zylinder (1) festliegt, dass die Länge der Bohrung (3) wenigstens gleich der grössten Bewegung des Kolbens (2) in Axialrichtung ist, dass Dichtigkeit zwischen der Kolbenstange (9) und der Wand der Bohrung (3) mit Hilfe eines O-Ringes (2o) erzielt ist und dass zwischen den Durchmessern der Bohrung (3) und der Kolbenstange

(2) an jeder Stelle und in jeder Stellung ein Unterschied besteht, der grosser ist als das Zweifache der seitlichen Auslenkung, die der Kolben (2) an dieser Stelle infolge der Drehung der Kolbenstange (9) um das Zentrum des O-Ringes aufgrund der direkten Kopplung derselben mit dem Hebel (14) erfährt.

2. Hydraulisches Betätigungsorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Achse des Kolbens (2) mit der Achse der Bohrung (3) in zwei Stellungen, von denen die eine ungefähr in der Mitte zwischen der einen Extremstellung und der mittleren Stellung des Kolbens und die andere ungefähr in der Mitte zwischen der mittleren Stellung und der anderen Extremstellung des Kolbens liegt, annähernd parallel verläuft.

3. Hydraulisches Betätigungsorgan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet _t dass der O-Ring (2o) in einer Ausnehmung im Kolben (2). festgehalten ist.

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