DE2851087C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zur Umwandlung einer darauf einwirkenden Temperaturänderung in mechanische Ar­ beit, die einen Kolben aufweist, dessen eines Ende in einer er­ sten Umschließung und dessen anderes Ende in einer mit der er­ sten Umschließung verbundenen zweiten Umschließung gleitbar montiert ist derart, daß in der ersten Umschließung ein erstes und in der zweiten Umschließung ein zweites abgeschlossenes Vo­ lumen gebildet ist.

Aus der FR-PS 13 16 099 ist eine Antriebsvorrichtung bekannt, bei der in einem doppeltwirkenden Zylinder die Änderungen der Fähigkeit eines Metalls (oder einer anderen Substanz ausge­ nutzt werden, ein Gas wie Wasserstoff in Abhängigkeit von der Temperatur dieser Substanz durch Absorption, Adsorption od. dgl. aufzunehmen oder abzugeben. Bei dieser bekannten Antriebsvor­ richtung handelt es sich jedoch nicht um die Ausnutzung der Volumenänderungen eines Körpers in Abhängigkeit von der Tempe­ ratur. Das Erhitzen oder Abkühlen der Antriebsvorrichtung als Ganzes würde keine Verschiebung des Kolbens bewirken; vielmehr müßten das Erhitzen und Abkühlen jeder Zylinderkammer regelmä­ ßig abwechseln und entgegengesetzt sein, um eine verwertbare Bewegung zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Aufbau ein­ fach gehaltene Antriebsvorrichtung zu schaffen, die beim Er­ hitzen oder Abkühlen als Ganzes die temperaturabhängige Volu­ menänderung eines Körpers zur Erzeugung einer beträchtlichen Arbeit zu nutzen vermag und in Verbindung mit einer Dämpfungs­ vorrichtung zur thermischen Regelung von deren Dämpfungsverhal­ ten verwendbar ist.

Ausgehend von der eingangs geschilderten bekannten Antriebsvor­ richtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zweite Volumen merklich größer als das erste Volumen ist und daß beide Volumina mit einem unter Druck stehenden Elasto­ mer angefüllt sind derart, daß jede Umschließung und jedes ent­ sprechende Ende des Kolbens eine Feder mit hydrostatischem Druck des Elastomers bilden.

Aufgrund dieser Ausgestaltung wird der Kolben bei einer Tempe­ raturerhöhung der Gesamtvorrichtung in der einen Richtung und bei einer Temperaturerniedrigung der Gesamtvorrichtung in der anderen Richtung verschoben, und zwar unter Ausnutzung der Aus­ dehnung bzw. Zusammenziehung des temperaturempfindlichen Ela­ stomers, das sich in den beiden von den Kolbenstirnflächen und den Umschließungen gebildeten Volumina befindet und zugleich als Rückholfeder dient.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Kolben mit mindestens einem radialen Bauteil versehen, das über die Außen­ seite der Umschließungen vorsteht und die Nutzung der geliefer­ ten Arbeit erlaubt.

Vorzugsweise ist die Stirnfläche des Endes des Kolbens, welche mit der zweiten Umschließung zusammenwirkt, größer als die Stirnfläche, welche mit der ersten Umschließung zusammenwirkt. Auch hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn jede Umschlie­ ßung eine Vorrichtung zur Druckregelung aufweist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die An­ triebsvorrichtung zur thermischen Regelung des Dämpfungsvermö­ gens einer Dämpfungsvorrichtung zu verwenden, die von einem Bauteil gebildet ist, das in einem mit einem Dämpfungsfluid an­ gefüllten Gehäuse gleitbar und mit einem äußeren perforierten Ring versehen ist, der das Gehäuse in zwei Bereiche teilt, wo­ bei die Umschließungen Bestandteil des gleitbaren Bauteils bil­ den und das radiale Bauteil einen gegenüber den Perforationen angeordneten Puffer trägt, der von diesen in axialer Richtung durch einen Abstand getrennt ist, dessen Wert den Querschnitt des Durchflusses des Fluids von einem Bereich des Gehäuses zu dessen anderem Bereich während einer Relativbewegung des gleit­ baren Bauteils in bezug auf das Gehäuse bestimmt.

In der Zeichnung ist im Längsschnitt eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform der Erfindung dargestellt, die als thermischer Regler einer Dämpfungsvorrichtung dient.

Mit 1 ist ein Kolben bezeichnet, dessen eines Ende 1 a mit der Stirnfläche Sa gleitbar in einer ersten Umschließung 2 ge­ halten ist derart, daß es mit dieser Umschließung ein erstes geschlossenes Volumen Va bildet. Das andere Ende 1 b des Kolbens 1 mit der Stirnfläche Sb ist gleitbar in einer zweiten Umschließung 3 montiert und bildet in dieser Um­ schließung ein zweites geschlossenes Volumen Vb. Die Um­ schließungen 2 und 3 sind mittels eines Gewinderings 4 mit­ einander verbunden. Die Volumina Va und Vb sind stark unter­ schiedlich; das Volumen Vb ist größer als das Volumen Va. Diese Volumina sind über Gewindeöffnungen, die durch Tauchstop­ fen verschlossen sind, welche Organe zur Regelung des Drucks in jeder Umschließung bilden, mit unter hohem Druck stehendem Ela­ stomer angefüllt. In der Zeichnung ist nur die Gewindeöffnung 5 und deren Tauchstopfen 6, das Volumen Vb betreffend, dargestellt. Die Antriebsvorrichtung stellt sich also in der Form zweier gegensinnig montierter Federn mit hydrostatischem Druck des Elastomers dar, die einen Antrieb zur Umwandlung einer Temperaturänderung in mechanische Arbeit zur Verschiebung des Kolbens 1 bilden.

Für eine gegebene Temperatur ist die Gleichgewichtsstellung des Kolbens 1 in bezug auf die Umschließungen 2 und 3 derart, daß die auf das Ende 1 a des Kolbens 1 aufgebrachte Kraft gleich der auf sein Ende 1 b aufgebrachten Kraft ist, nämlich wenn die Stirnflächen Sa und Sb gleich sind und der Druck des Elastomers des Volumens Va gleich dem Druck des Elastomers des Volumens Vb ist, oder wenn die Stirnflächen Sa und Sb ungleich sind und das Produkt Sa, Pa (Druck im Volumen Va) gleich dem Produkt Sb, Pb (Druck im Volumen Vb) ist. Das Ela­ stomer ist ein Werkstoff, der einen wesentlich höheren Wärme­ ausdehnungskoeffizienten als Stahl besitzt, aus dem die Um­ schließungen 2 und 3 im wesentlichen bestehen. Eine Tempera­ turerhöhung des Ganzen ändert den Gleichgewichtszustand des Kolbens 1. Tatsächlich ist die Volumenzunahme des in der Um­ schließung 3 enthaltenen Elastomers größer als bei dem in der Umschließung 2 enthaltenen Elastomers. Es kommt daher zu einer Verschiebung des Kolbens 1 dergestalt, daß die Gleichge­ wichtsbedingung aufs Neue erfüllt ist, nämlich für Vb < Va durch Eindringen des Kolbens 1 in die Umschließung 2.

Umgekehrt verursacht eine Temperaturminderung eine Bewegung des Kolbens 1 im anderen Sinn.

Unter Berücksichtigung des Wertes der in den Umschließungen 2 und 3 herrschenden Drücke (in der Größenordnung von 1000 Bar) wird eine Verschiebung des Kolbens 1 unter einer beträcht­ lichen Kraft realisiert, die selbstverständlich eine Funktion des Unterschieds der Volumina Va und Vb ist.

Diese Verschiebung und diese Kraft können mittels eines radia­ len Bauteils 7 genutzt werden, das mit dem Kolben 1 verbun­ den ist und den Gewindering 4 zur Verbindung der beiden Um­ schließungen 2 und 3 an der Stelle einer Öffnung 8 durch­ dringt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die An­ triebsvorrichtung zur temperaturabhängigen Regelung der Dämp­ fungseigenschaften einer Dämpfungsvorrichtung mit einem visko­ sen Fluid verwendet. Dabei bildet die aus den Umschließungen 2 und 3 sowie dem Gewindering 4 bestehende Einheit ein in bezug auf ein Gehäuse 9 gleitbewegliches Element; der Zwischenraum 10 zwischen dem Gehäuse 9 und der Einheit 2, 3 und 4 ist mit einem viskosen Fluid bzw. mit einem unter Druck stehenden Elastomer angefüllt. Ein mit mindestens einer Perforation ver­ sehener, mit der Einheit 2, 3 und 4 verbundener Ring 11 teilt den Zwischenraum 10 derart, daß bei einer Relativverschiebung der Einheit 2, 3 und 4 in bezug auf das Gehäuse 9 eine Dämp­ fungswirkung infolge Zwangsdurchgangs des Fluids durch die Per­ forationen des Rings 11 eintritt. Da die Viskosität des Flu­ ids mit dem Anstieg der Temperatur abnimmt, vermindert sich das Dämpfungsvermögen. Es muß also auf den Wert der Drosselung im Niveau des Rings 11 eingewirkt werden, indem es sie vermin­ dert, um die Abnahme der Viskosität zu kompensieren. Um das zu tun, wird gegenüber den Perforationen des Rings 11 in einem axialen Abstand e von dem Ring 11 ein Puffer 12 ange­ bracht.

Der Puffer 12 ist an dem radialen Bauteil 7 gehalten; eine Temperaturerhöhung, die eine Verschiebung des Kolbens 1 in Richtung auf die Umschließung 2 bedingt, verursacht eine Ver­ minderung dieses Abstands e, also eine Verminderung des Durchgangsquerschnitts des viskosen Fluids zwischen den beiden Teilen des von dem Ring 11 geteilten Zwischenraums 10.

Aus alledem ergibt sich, daß die Antriebsvorrichtung, die eine Verschiebung des Kolbens 1 zuläßt, indem sie eine beträcht­ liche Kraft ausübt, es erlaubt, die Änderung des Abstands e unter der Wirkung der Temperatur sicherzustellen, welches auch immer die Viskosität des Dämpfungsfluids sein mag, was sehr wichtig sein kann, wenn dieses ein unter Druck stehendes Ela­ stomer ist.

Die Erfindung findet eine interessante Anwendung auf dem Gebiet von Vorrichtungen zur Steuerung der Arbeitsweise einer Einrich­ tung in Abhängigkeit von der Temperatur.

Claims (5)

1. Antriebsvorrichtung zur Umwandlung einer darauf einwirkenden Temperaturänderung in mechanische Arbeit, die einen Kolben aufweist, dessen eines Ende in einer ersten Umschließung und dessen anderes Ende in einer mit der ersten Umschließung verbundenen zweiten Umschließung gleitbar montiert ist der­ art, daß in der ersten Umschließung ein erstes und in der zweiten Umschließung ein zweites abgeschlossenes Volumen ge­ bildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Volumen (Vb) merklich größer als das erste Volumen (Va) ist und daß beide Volumina (Va und Vb) mit einem unter Druck stehenden Elastomer angefüllt sind derart, daß jede Umschließung (2, 3) und jedes entsprechende Ende (1 a, 1 b) des Kolbens (1) eine Feder mit hydrostatischem Druck des Elastomers bilden.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1) mit mindestens einem radialen Bauteil (7) versehen ist, das über die Außenseite der Umschließungen (2, 3) vorsteht und die Nutzung der gelieferten Arbeit erlaubt.

3. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (Sb) des Endes (1 b) des Kolbens (1), welche mit der zweiten Umschließung (3) zusammenwirkt, größer als die Stirnfläche (Sa) ist, wel­ che mit der ersten Umschließung (2) zusammenwirkt.

4. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Umschließung (2, 3) eine Vorrich­ tung (5, 6) der Druckregelung aufweist.

5. Verwendung der Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4 zur thermischen Regelung des Dämpfungsvermögens einer Dämpfungsvorrichtung, die von einem Bauteil gebildet ist, das in einem mit einem Dämpfungsfluid angefüllten Gehäuse gleitbar und mit einem äußeren perforierten Ring versehen ist, der das Gehäuse in zwei Bereiche teilt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umschließungen (2, 3) Bestandteil des gleitbaren Bauteils bilden, und daß das radiale Bauteil (7) einen gegenüber den Perforationen angeordneten Puffer (12) trägt, der von diesen in axialer Richtung durch einen Ab­ stand (e) getrennt ist, dessen Wert den Querschnitt des Durchflusses des Fluids von einem Bereich des Gehäuses (9) zu dessen anderem Bereich während einer Relativbewegung des gleitbaren Bauteils in bezug auf das Gehäuse (9) bestimmt.