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Kraftübersetzungsgestänge Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftübersetzungsgestänge
mit einer in einem Gehäuse angeordneten Membran, die auf ihrer einen Seite unter
der Wirkung eines insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur druckerzeugenden
Mittels steht und auf der anderen Seite an einem mindestens einen konischen Bereich
aufweisenden verformbaren Pfropfen anliegt, der innerhalb eines der Form des Pfropfens
in seiner entspannten Lage angepaßten Rohres angeordnet ist und mit einem im Rohr
verschiebbar angeordneten Kolben in kraftschlüssiger Verbindung steht.
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Bei den bekannten Ausführungsformen dieser Art wird bei Druckanstieg
der Pfropfen durch den konischen Teil des Rohres gepreßt. Das Zusammenpressen des
Pfropfens bewirkt, daß er sich verlängert und den Kolben über eine größere Strecke
bewegt, als das Druck erzeugende Mittel zurücklegt. Außerdem wird der Pfropfen hierbei
dicht an die inneren Seitenwände des Rohres angedrückt, um eine gute Abdichtung
gegen den Eintritt des umgebenden Mediums in das Innere zu schaffen. Um den Kolbenweg
noch weiter zu verlängern und damit die Übersetzung zu erhöhen, liegt es nahe, das
Querschnittsverhältnis der durch den konischen Teil getrennten Rohrteile zu vergrößern.
Hier sind aber verhältnismäßig enge Grenzen gesetzt. Es werden bei einer zu starken
Querschnittsverminderung des Pfropfens starke Kräfte gegen die konisch verlaufenden
Wände ausgeübt, so daß sich eine große Reibung und eine erhöhte Abnutzung ergeben.
Zur Überwindung der Reibung bei der Rückbewegung sind daher sehr große Kräfte erforderlich,
die unter Umständen von den Federn in den entsprechenden Dimensionen nicht mehr
aufgebracht werden können. Es besteht daher die Gefahr, daß der Pfropfen zu langsam
zurückgleitet und sich zwischen dem Pfropfen und der Membran Hohlräume bilden, in
welche von außen Gase oder Flüssigkeiten angesaugt werden können. Außerdem ergeben
sich sehr hohe Scherkräfte im Material des Pfropfen, so daß - dieses verhältnismäßig
rasch ermüdet und der Pfropfen ausgewechselt werden muß.
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Weiterhin darf der schlankere Teil des Pfropfens im Querschnitt nicht
zu dünn bemessen werden, so daß auch in dieser Hinsicht Grenzen gesetzt sind. Eine
zu starke Verdickung des im Durchmesser größeren Pfropfenteils ist ebenfalls nicht
möglich, da andernfalls die ganze Anordnung zu große Ausmaße erhält.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, möglichst große Übersetzungsverhältnisse
bei kleinem Aufbau und geringer Beanspruchung des Pfropfenmaterials zu erreichen.
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Diese wird erfindungsgemäß gelöst, indem das den Pfropfen umschließende
Rohr mindestens zwei konische Abschnitte aufweist, die sich in Richtung auf den
Kolben verjüngen und durch ein zylindrisches Zwischenstück miteinander verbunden
sind, dessen Länge so bemessen ist, daß der Pfropfen innerhalb seines ausnutzbaren
Verformungsbereiches an jeder Querschnittsstelle höchstens einmal verformt wird.
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Man erreicht auf diese Weise einen schlankeren und kürzeren Pfropfen,
was sich naturgemäß auch auf die Ausmaße des Rohres und damit die gesamten Abmessungen
des Gestänges günstig auswirkt. Außerdem wird eine übermäßige Beanspruchung des
Pfropfenmaterials durch Reibung und Scherkraft verhindert, wobei außerdem gewährleistet
ist, daß das Material bei jedem Durchgang nur einmal verformt wird, so daß also
auch keine unnötige Ermüdung auftritt. Hinzu kommt, daß auch die Rückstellkräfte
im üblichen Rahmen liegen können, wobei die Rückstellzeit des Pfropfens derjenigen
der Membran bzw. des Druck erzeugenden Mittels angepaßt ist, so daß Hohlräume zwischen
Pfropfen und Membran mit Sicherheit vermieden werden.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung. Hierin ist F i g. 1 ein Längsschnitt durch ein
erfindungsgemäßes Kraftübersetzungsgestänge, F i g. 2- die Seitenansicht eines Dichtungspfropfens
zur Verwendung in dem Element nach F i g. 1, wobei die Gestalt des Pfropfens vor
dem Einsetzen in das Element dargestellt ist, F i g. 3 ein Querschnitt durch eine
in dem Element nach F i g. 1 verwendete Membran vor dem Einsetzen in das Kraftübersetzungsgestänge
und
Fig. 4 ein Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Elements.
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Das erfindungsgemäße Kraftübersetzungsgestänge 1 umfaßt ein Gehäuse
2, einen Vorrat einer druckerzeugenden Substanz 3, eine Membran 4 und einen verformbaren
Gummistopfen 5. Das Gehäuse 2 besteht aus einem topfartigen Teil 6, einer Hülse
7 und einem beweglichen Kolben 8. Ein Klemmring 9 hält den Teil 7, wie üblich, in
fester Lage gegen das Gehäuse 6.
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Der Teil 7 umfaßt mehrere Bohrungsabschnitte 10, 11 und 12 mit parallelen
Wänden. Die Bohrung 10 hat eine größere lichte Weite als die Bohrung, während die
Bohrung 11 ihrerseits eine größere lichte Weite als die Bohrung 12 hat. Die Bohrungen
10,11 und 12 sind durch konisch verlaufende Abschnitte 13 und 14 miteinander verbunden.
Die Wände dieser Abschnitte dienen als Schultern, welche den Pfrop-. fen 5 während
einer Ausdehnung der druckerzeugenden Substanz 3 zusammendrücken.
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Die druckerzeugende Substanz 3 besteht in der dargestellten Ausführungsform
aus einem sich bei Temperaturerhöhung ausdehnenden Material, z. B.
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Wachs oder Para-Dibromobenzol. Der Druck kann jedoch auch dadurch
entwickelt werden, daß ein Druckmittel von einer entfernten Druckquelle über eine
mit dem Topf 6 verbundene Rohrleitung in das Kraftübersetzungsgestänge eingeleitet
wird.
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Die Membran 4 besteht aus vulkanisiertem Gummi oder einem anderen
elastischen Werkstoff. Sie besitzt einen Randteil 15, der zwischen die Flansche
16 und 17 der Teile 6 und 7 eingeklemmt werden kann, und einem verdickten Mittelteil30,
damit die Membran ihre Lage nach F i g. 1 annehmen kann, ohne zu reißen.
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Der Pfropfen 5 besteht aus einem verformbaren elastischen Werkstoff,
wie vulkanisiertem Rohgunnni oder dem unter dem Handelsnamen Ameripol bekannten
Produkt. Vor dem Einsetzen in das Element nach F i g. 1 besitzt der Pfropfen 5 die
Gestalt nach Fig. 2. Der zylindrische Teil 18~hat also einen größeren Durchmesser
in Richtung des Pfeiles 19 als der zylindrische Teil 20. Die Teile 18 und 20 sind
durch einen verjüngten Teil 21 verbunden. In der Lage nach Fig. 1 legt sich die
Schulter 21 gegen die Schulter 13. Die Teile 18 und 20 sind etwa 0,025 oder 0,05
mm breiter in Richtung des Pfeiles 19 als die entsprechenden Bohrungen 10 und 11,
so daß die Erzeugung eines Dichtungsdruckes zwischen dem Pfropfen und den Bohrungen
unterstützt wird, wenn die Teile in ihrer in F i g. 1 dargestellten Lage sind.
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Der Dichtungsdruck wird durch eine nicht dargestellte Federanordnung
erhöht, die auf den Kolben 8 in Richtung des Pfeiles 25 einwirkt. Diese Federanordnung
drückt den Pfropfen zwischen der Wand 8 und dem Vorrat 3 zusammen, so daß die Seitenflächen
der Teile 18 und 20 einen dichtenden Druck nach außen gegen die Flächen 10 und 11
in Richtung des Pfeiles 19 ausüben.
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Zwischen dem Pfropfen 5 und dem Kolben 8 befindet sich eine Scheibe
24 mit geringer Reibung, deren Hauptaufgabe darin liegt, ein Eindringen des Pfropfens
5 in den Zwischenraum zwischen dem Kolben 8 und seiner Führungsbohrung 12 zu verhindern.
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Die Scheibe 24 kann aus einem Kunststoff, wie Polytetrafluoräthylen,
Polyvinylchlorid, Polymonochlorotrifluoräthylen, Polyadipamid, Polyvinylchloridacetat,
Polyvinylidenchlorid, Polyäthylen, Polymethylen,
Polychloräther oder Acrylonitrilharz,
bestehen. Die Scheibe 24 ist vorzugsweise recht dünn, z. B. etwa 0,375 bis 1,25
mm. Sie besteht aus einem verhältnismäßig harten Kunststoff mit einiger Elastizität,
so daß sie dicht in die Führungsbohrung 12 paßt, jedoch mit geringer Reibung gleiten
kann. Die aufgezählten Werkstoffe geben der Scheibe auch gewisse Schmiereigenschaften,
so daß sie in der Führungsbohrung nicht kleben oder scheuern kann.
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Während einer Ausdehnung der Substanz 3 aus ihrem Zustand nach Fig.
1, z. B. während eines Temperaturanstiegs in der umgebenden Atmosphäre 23, wird
der Pfropfen 5 durch die Bohrungen 10 und 11 nach oben gedrückt. Der Pfropfenteil
18 erleidet eine Quetschwirkung, wenn er durch den sich verjüngenden Teil 13 hindurchgeht.
Diese Quetschwirkung verringert die Seitenabmessungen des Teils 18 und bewirkt dadurch,
daß der Pfropfen 5 sich verlängert. Bei der Aufwärtsbewegung des Pfropfens 5 bewegt
sich der Teil 20 durch den verjüngten Teil 14 in die Bohrung 12, wodurch der Pfropfen
eine weitere Verlängerung erfährt. Die Pfropfenverlängerung bewirkt eine Vergrößerung
der Bewegung des Kolbens 8 im Vergleich zu der linearen Ausdehnung der Substanz
3.
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Bei einer Temperaturverringerung in der Atmosphäre 23 kehrt die Substanz
3 in die dargestellte Lage zurück, und die erwähnte Federanordnung drückt den Kolben
8 zurück in seine dargestellte Lage in der Bohrung 12. Zu Beginn dieser Abwärtsbewegung
befinden sich die Pfropfenteile 18 und 20 in zusammengequetschtem Zustand in den
Bohrungen 11 bzw. 12, so daß sie Seitendrücke gegen die Wände der Bohrungen in Richtung
des Pfeiiesl9 ausüben. Diese Seitendrücke reichen aus, um eine Druckdichtung zu
bilden, welche das Innere des Kraftübersetzungsgestänges gegen die Atmosphäre 23
abdichtet. Diese Seitendrücke streben danach, den Reibungswiderstand gegen die Abwärtsbewegung
des ganzen Pfropfens zu erhöhen. Jeder der Pfropfenteile 18 und 20 wird aber um
einen geringeren Betrag zusammengepreßt, als es der Fall wäre, wenn der Pfropfen
durch eine einzige größere Schulter gepreßt würde, z. B. wenn der Bohrungsteilll
weggelassen wäre und der Pfropfenteil 18 an einem einzigen Absatz vorbei unmittelbar
in den Kanal 12 gepreßt würde. Infolge dieser beschränkten Quetschung der Pfropfenteile
18 und 20 werden die Seitendrücke auf einem erträglichen Minimum gehalten, und der
Reibungswiderstand gegen die Abwärtsbewegung des Pfropfens reicht nicht aus, um
zu bewirken, daß der Pfropfen während eines Temperaturrückgangs hinter der Substanz
3 zurückbleibt. Wenn der Pfropfen zurückbleiben würde, ergäbe sich ein Unterdruck
zwischen dem Pfropfen und der Membran 4, durch den Flüssigkeit oder Gas aus der
Atmosphäre 23 am Kolben 8 und dem Pfropfen 5 vorbei in das Innere des Elements angesaugt
werden könnte. Die Zeitverzögerung ist auch an sich schädlich, weil sie eine Verzögerung
der Verstellung einer durch das kraftübertragende Element gesteuerten Vorrichtung
bedeutet.
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Die Verschiebung des Pfropfens 5 ist wesentlich geringer als diejenige
des Kolbens 8, weil durch die Schultern 13 und 14 der Pfropfen verlängert wird.
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Dadurch, daß die Gesamtverschiebung des Pfropfens 5 auf einen möglichst
geringen Wert beschränkt wird, ergibt sich eine geringere Abnutzung durch Reibung
zwischen dem Pfropfen und den Wänden
der Bohrung. Durch die erfindungsgemäße
Konstruktion wird die Abnutzung des Pfropfens auf ein Mini mum beschränkt.
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Auf Wunsch können auch mehr als zwei sich verjüngende Bohrungsabschnitte
vorgesehen werden, je nach der erforderlichen Kolbenbewegung für eine gegebene Volumenausdehnung
der Substanz 3. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß der Weg des Kolbens 8 durch
Verringerung des Kolbendurchmessers und des zugehörigen Führungsdurchmessers sowie
durch Anwendung eines dritten verjüngten Teils zwischen der Bohrung 12 und der nun
vorhandenen engeren Führungsbohrung vergrößert werden könnte.
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Die relativen Durchmesser der verschiedenen Abschnitte mit parallelen
Wänden sollen natürlich so gewählt werden, daß die durch das Zusammendrükken der
verschiedenen Pfropfenteile ausgeübten Seitendrücke ausreichen, um das Innere des
kraftübertragenden Elements während der Abwärtsbewegung des Kolbens 8 gegen das
Eindringen von Fremdstoffen aus der Atmosphäre 23 abzudichten, ohne jedoch ein Zurückbleiben
des Kolbens hinter der Bewegung der Substanz 3 hervorzurufen.
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Durch die erfindungsgemäße Konstruktion des Pfropfens mit mehreren
Absätzen ist es möglich, einen großen Kolbenhub mit einem Kolben kleinen Durchmessers
zu erzielen. Durch entsprechende Abstimmung der Längen der verschiedenen Abschnitte
des Pfropfens und der Kolbenführungs- und Pfropfenkammer braucht keine Querschnittsfläche
des Pfropfens mehr als eine Querschnittsverminderung zu erleiden, wobei jede Stufe
dieser Querschnittsverminderung in einem vernünftigen Ausmaß gehalten wird. Durch
die Verwendung zweier oder mehr Absätze wird die Basisfläche des Pfropfens auf einem
hohen Verhältnis relativ zur Kolbenfläche gehalten, so daß eine beträchtliche Volumenveränderung
zulässig ist, ohne daß die Membran in Längsrichtung übermäßig gedehnt wird.
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Zwei wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen Konstruktion sind
darin zu sehen, daß einmal das von der Membran überstrichene Volumen groß gemacht
werden kann, indem die lineare Verschiebung
der Membran gering, ihre Flächenausdehnung
jedoch groß ist und daß andererseits der Pfropfen für jede gegebene Querschnittsfläche
eine ausführbare Verjüngung erfährt.
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Auf Wunsch könnte der Pfropfen verlängert werden, so daß die Membran
4 anfangs die in Fig. 4 dargestellte topfartige Gestalt hat. Ein Druckanstieg in
der Substanz 3 würde hierdurch die Membran nach oben in die Höhe des Flansches 16
bringen.
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Auch hierbei wären die Vorteile des Pfropfens mit mehreren Absätzen
beibehalten.