DE3028532C2

DE3028532C2 - Thermischer Stellantrieb

Info

Publication number: DE3028532C2
Application number: DE19803028532
Authority: DE
Inventors: Hans Michael Jona Mayer
Original assignee: Elektrowatt AG
Current assignee: Siemens Building Technologies AG
Priority date: 1979-08-09
Filing date: 1980-07-28
Publication date: 1986-10-09
Also published as: NL8004515A; JPS6358780B2; DE3028532A1; NL189423B; SE441788B; SE8005212L; JPS5654271A; CH638873A5; GB2057128A; FR2463297B1; FR2463297A1; NL189423C; GB2057128B

Description

Die Erfindung betrifft einen thermischen Stellantrieb gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein thermischer Stellantrieb dieser Gattung ist aus der CH-PS 368672 bekannt. Bei dem bekannten Stellderstand. Zwar wird durch eine solche Anordnung des Heizelements eine optimale Wärmeübertragung zwischen Heizelement und flüssigem Medium erreicht, jedoch nur solange, wie das Heizelement ganz oder doch zumindest mit dem größten Teil seiner Oberfläche in das flüssige Medium eintaucht. Sinkt der Flüssigkeitsspiegel im ersten Teilraum als Folge der erzeugten Dampfmenge, so wird die Übertragung von Wärmeenergie von dem Heizelement auf das Medium immer schlechter, da dann nicht mehr die Flüssigkeit, sondern das verdampfte Medium beheizt wird. Da die bewegliche Wand bei dem bekannten Stellantrieb als dünne Membrane ausgebildet ist, überträgt sich die Wärme von dem in dem ersten Teilraum befindlichen Medium auf das in dem zweiten Teilraum befindliche Medium. Dies bedingt eine unerwünscht starke Beeinflussung des Stellantriebs durch Schwankungen der Umgebungstemperatur. Aufgrund der oben angesprochenen Volumenverhältnisse des Mediums in dem ersten bzw. in dem zweiten Teilraum ist die Ansprechempfindlichkeit relativ schwach.

In der CH-PS 4 79 809 ist der Vorschlag gemacht, der Trägheit bekannter Stellantriebe dadurch zu begegnen, daß rasch ansprechende Heiz- bzw. Kühleinrichtungen vorgesehen sind. Der Betrieb dieser Einrichtungen erfordert jedoch eine beträchtliche Energiemenge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen thermischen Stellantrieb der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß Ansprechgeschwindigkeit im Vergleich zum Stand der Technik erhöht wird und außerdem eine Beeinflussung des Stellantriebs durch Schwankungen der Umgebungstemperatur weitestgehend ausgeschaltet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Zunächst unterscheidet sich der erfindungsgemäße Stellantrieb von dem oben erläuterten, gattungsgemäßen Stellantrieb gemäß der CH-PS

3 68 672 dadurch, daß der erste Teilraum von außen beheizt wird. Diese Maßnahme ist z. B. aus der CH-PS

4 79 809 für sich bekannt Außerdem sieht die Erfindung vor, daß das flüssige Medium in dem ersten Teilraum nur einem Bruchteil des Mediums in dem zweiten Teilraum entspricht. Durch diese Maßnahme wird ein sehr rasches Ansprechen des Stellantriebs erreicht.

Schließlich sieht die Erfindung vor, eine thermische Isolierung dadurch zu erreichen, daß die bewegliche Wand aus thermisch isolierendem Material besteht. Durch diese Maßnahme wird der Wirkungsgrad der Vorrichtung und gleichzeitig auch die Ansprechgeschwindigkeit weiter erhöht.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen schematischen Axialschnitt durch einen thermischen Stellantrieb.

Der dargestellte Stellantrieb 10 weist ein Gehäuse 11 auf, in dessen oberem Bereich eine aus zwei Schalen 12, 13 aufgebaute zylindrische Dose 14 angeordnet ist. In der Dose 14 ist ein aus einem thermisch schlecht leitenden oder wärmeisolierenden Material hergestellter KoI-

ausgebildet, und die in dem ersten Teilraum der Dose befindliche Verdampfungsflüssigkeit hat annähernd das doppelte Volumen der in dem zweiten Teilraum befindlichen Flüssigkeit, bei der es sich dort um Wasser handelt. Die Beheizung des in dem ersten Teilraum befindlichen Mediums erfolgt gemäß der CH-PS 3 68 672 durch einen in die Flüssigkeit eintauchenden elektrischen Wiucii jj yd SLiiicuum gciagci ι üuu gegen die liliicnwilllü der Dose 14 mit einem Kolbenring 16 abgedichtet. Der Kolben 15 teilt somit den Innenraum der Dose 14 in zwei Teilräume 17, 18. Beide Teilräume sind mit einem Medium, z. B. Trichlor-Fluormethan gefüllt, das bei normaler Umgebungstemperatur flüssig und bei steigender Temperatur allmählich ganz in die Dampfphase übergeht. In der dargestellten Stellung ist das Medium flüs-

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sig, so daß der Rauminhalt des Teilraumes 17 nur einem Es ist zu beachten, daß zweckmäßig der Rauminhalt

kleinen Bruchteil des Rauminhaltes des Teilraumes 18 des — unbeheizten — Teilraumes 17 gerade so groß entspricht gewählt wird, daß die darin vorhandene Menge des Me-

Der den Teilraum 17 überspannenden Schale 12, wel- diums ausreicht, um bei vollständiger Verdampfung den ehe aus einem guten Wärmeleiter ist, ist einerseits eine 5 gewünschten Hub zu ergeben. Dieser Hub kann allenelektrische Heizwicklung 19 und andererseits ein Satz falls durch Anschläge am Betätigungsglied 25 und/oder Kühlbleche 20 zugeordnet Schlitze 21 im Gehäuse 11 am Kolben 15 begrenzt werden, sorgen für eine Belüftung der Kühlbleche 20 durch die Der Raum zwischen der Schale 13 und der Trenn-

Umgebungsluft wand 23 kann mit einem Wärmeisoliermaterial 31 aus-

An der den Teilraum 18 umgebenden Schale 13 U i das 10 gefüllt sein, damit die Temperaturschwsnkungen untereine Ende eines Verbindungsrohres 22 angeschlossen, worfenen Teile des Stellantriebes möglichst gut von dessen anderes Ende dicht in einer fest im Gehäuse dessen übrigen Teilen thermisch isoliert sind, verankerten Trennwand 23 verankert ist An der dem Besonders trägheitsarm arbeitet der Stellantrieb

Verbindungsrohr 22 abgekehrten Seite ist an der Trenn- dann, wenn der Bereich, in dem die Temperaturen im wand 23 das eine Ende eines Faltenbalges 24 befestigt, 15 Teilraum 17 sich verändern erheblich über der normalen an dessen anderem Ende mittels einer Scheibe 26 das Umgebungstemperatur liegt Dann nämlich erfolgt bei obere Ende eines Betätigungsgliedes 25 befestigt ist einer Verminderung der Heizleistung die Abkühlung im Das in der Form eines Stößels ausgebildete Betäti- Teilraum 17 erheblich schneller. So mag der normale gungsglied ist durch eine nabenartige Durchführung 27 Temperaturbereich im Teilraum 17 zwischen 100 und in der Mitte des das Gehäuse 11 abschließenden Bodens 20 ca. 180° C liegen. Zur Aufrechterhaltung solcher Tempe-28 herausgeführt und steht unter der Wirkung einer raturen im Teilraum 17 ist dank dessen geringem Raum-Rückholfeder 29, die das Bestreben hat, das Betäti- inhalt nur eine vergleichsweise geringe Heizleistung ergungsglied 25 in das Gehäuse Il zu drängen und damit forderlich, den Faltenbalg 24 zusammenzudrücken. Der dargestellte Stellantrieb kann in beliebiger Lage

Der Faltenbalg 24 ist ebenfalls mit dem Medium ge- 25 montiert werden. Es versteht sich, daß anstelle des KoI-füllt und steht über das Verbindungsrohr 22 mit dem bens 15 auch eine Membrane oder ein Faltenbalg ver-Teilraum 18 in Verbindung. wendet werden kann.

Wenn — wie im vorliegenden Fall — die auf den

Teilraum 18 wirksame Querschnittsfläche des Kolbens Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

15 gleich groß wie die wirksame Querschnittsfläche des 30

Faltenbalges 24 ist, dann ist das Übersetzungsverhältnis zwischen den Hubbewegungen des Kolbens 15 und des Betätigungsgliedes 25 1:1.

Um in diesem Falle den Gleichlauf zwischen Kolben 15 und dem Betätigungsglied 25 möglichst hysteresefrei zu halten, ist zwischen dem beweglichen Ende des Faltenbalges 24 und der dem Teilraum 18 zugekehrten Seite des Kolbens 15 eine Abstandhalter-Stange 30 — z. B. aus Glas, aus einem rostfesten Stahl oder aus einem anderen, eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Material — angeordnet, welche Stange 30 sich mit Spiel durch das Verbindungsrohr 22 erstreckt

Wird der Heizwicklung 19 eine bestimmte Heizleistung — das Stellsignal — zugeführt, erhöht sich die Temperatur der Schale 12 und somit im Teilraum 17 so lange, bis die von den Kühlblechen 20 abgeführte Wärme der zugeführten Heizleistung entspricht. Durch diese Temperaturerhöhung verdampft ein Teil des Mediums im Teilraum 17, und dadurch wird der Kolben 15 gegen die Wirkung der Feder 29 nach unten gedrückt. Die Verdampfung des Fluidums im Teilraum 17 erfolgt dank dessen geringem Rauminhalt sehr rasch und hält so lange an, bis das Gleichgewicht zu der mit der Verschiebung des Kolbens 15 nach unten einhergehenden Druckzunahme im Teilraum 17 hergestellt wird.

Durch seine Abwärtsbewegung verdrängt der Kolben 15 aus dem Teilraum 18 Medium durch das Verbindungsrohr 22 hindurch und an der Stange 30 vorbei in den Faltenbalg 24, der sich dementsprechend ausdehnt und seine Bewegung — wie gesagt — gegen die Wirkung der Feder 29 an das Betätigungsglied übertragt. das seinerseits an ein nicht dargestelltes Stellglied, z.*B. ein Regelventil gekoppelt sein kann.

Erfährt die Zufuhr der Heizleistung eine Änderung, ändert sich die Temperatur im Teilraum 17 dementsprechend und entweder entsteht mehr Dampf oder ein Teil des Dampfes kondensiert wieder bis das Gleichgewicht Druck/Temperatur erneut hergestellt ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Thermischer Stellantrieb, mit einer gekapselten Dose, die durch eine bewegliche Wand in zwei Teilräume unterteilt ist, von denen der erste elektrisch beheizbar ist, um ein in ihm enthaltenes flüssiges Medium in die Dampfphase zu überführen und durch diese Volumenänderung des Mediums die bewegliche Wand zu verdrängen, während der zweite, mit Flüssigkeit gefüllte Teilraum hydraulisch über eine Übertragungseinrichtung mit einem gegen die Wirkung einer Rückstellfeder verschiebbaren Stellglied antriebsverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauminhalt des ersten von außen beheizbaren Teilraums (17) bei nur flüssigem Medium einem kleinen Bruchteil des mit demselben Medium gefüllten, zweiten Teiiraums (18) entspricht und daß die bewegliche Wand (15) aus einem thermisch isolierenden Material besteht, um die beiden Teilräume (17,18) thermisch voneinander zu isolieren.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wand durch einen Kolben (15) gebildet ist.

3. Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Verbindung des zweiten Teilraums mit dem Innenraum eines mit dem Medium gefüllten hydraulischen Hubaggregates, welches mit einem Ende ortsfest abgestützt ist und an dem anderen Ende an eine Stellspindel gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung durch eine Leitung (22) gebildet ist und das hydraulische Hubaggregat durch einen Faltenbalg (24) gebildet ist.

4. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem zweiten Teilraum (18) wirksame Querschnittsfläche des Kolbens (15) gleich groß wie die wirksame Querschnittsfläche des Faltenbalgs (24) ist.

5. Stellantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das an die Stellspindel (25) gekoppelte Ende des Faltenbalgs (24) über eine die Verbindungsleitung (22) mit Spiel durchsetzende Schubstange an den Kolben (15) gekoppelt ist.

6. Stellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstange (30) aus einem thermisch isolierenden Material besteht

7. Stellantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (22) und zumindest ein Teil der den zweiten Teilraum (18) begrenzenden Wand der Dose (14) von einem Wärmeisoliermaterial (31) umschlossen ist.