DE4028405A1 - Druckelement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckelement zur Er­ zeugung von Druckkräften gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1.

Solche Bauelemente sind insbesondere für den Einsatz bei hohen Temperaturen bestimmt. Je nach dem, wie das Bau­ element ausgebildet ist, werden Federeigenschaften von Metallen oder Legierungen ausgenützt. Durch den Einsatz von Vorrichtungen in Form von Zug- und Druckstangen kann der erforderliche Druck ebenfalls erzeugt werden. Dabei werden Vorspannung oder verschiedene thermische Ausdeh­ nungskoeffizienten kombiniert. Die bekannten Bauelemente dieser Art werden so angeordnet, daß der Druck meist von einer kühleren Zone über Hilfskonstruktionen in Heißzo­ nen übertragen wird. Von Nachteil ist bei diesen Ein­ richtungen, daß der Druck nicht konstant bleibt, sondern sich mit der Auslenkung oder Ausdehnung des Bauelements ändert. Ferner verlieren viele Bauelemente, die zu den oben genannten Zwecken verwendet werden, aufgrund von Materialermüdung bei hohen Temperaturen ihre Federkraft und dehnen sich unter der Belastung. In den meisten Fäl­ len sind aufwendige Hilfskonstruktionen mit thermischen Verlusten notwendig, um diese Nachteile auszugleichen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Druckelement der eingangs genannten Art aufzuzeigen, mit dem auch bei hohen Temperaturen ein dauerhafter und kon­ stanter Druck erzeugt werden kann, dessen Größe nur von der Temperatur abhängt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspru­ ches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird mit Hilfe mindestens einer Sub­ stanz, die bei einer definierten Temperatur einen defi­ nierten Dampfdruck aufweist, die Länge eines längenva­ riablen Bauelementes so verändert, daß mit Hilfe eines als Stempel dienenden Bauteils ein Druck auf angrenzende Bauelemente ausgeübt werden kann. Durch die Kombination mehrer Substanzen, die in einer oder verschiedenen Kam­ mern angeordnet sind, können bei bestimmten Temperaturen Drücke ganz bestimmter Größe auf den Stempel ausgeübt werden. Der Einsatz des erfindungsgemäßen Druckelements ist insbesondere bei Temperaturen zwischen 300 und 1100°C möglich. Bei Bedarf kann das Druckelement auch zur Erzeugung von Zugkräften verwendet werden. Wird das Druckelement beispielsweise in erhitztem Zustand an ei­ ner definierten Stelle einer Vorrichtung eingebaut, so verkürzt sich der längenveränderbare Teil des Druckele­ ments bei Reduzierung der Temperatur. Durch das sich verkürzende Bauteil des Druckelements wird eine Zugkraft auf eine Vorrichtung ausgeübt, die mit dem Druckelement verbunden ist. Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfin­ dung wir nachfolgend anhand von schematischen Zeichnun­ gen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Druckelement,

Fig. 2 eine Variante, des in Fig. 1 dargestellten Druckelements,

Fig. 3 ein Partialdampfdruck-Diagramm.

Das in Fig. 1 gezeigte Drukelement 1 wird von einem Ge­ häuse 2 begrenzt, das becher- oder quaderförmig ausge­ bildet ist. Das Gehäuse 2 ist aus einem korrossionsbe­ ständigen Material gefertigt, dessen Schmelzpunkt ober­ halb von 1100°C liegt. Ein erstes beweglich gehaltertes Bauteil 3 ist bei der hier gezeigten Darstellung im Öff­ nugsbereich des Gehäuses 2 beweglich angeordnet. Das Bauteil 3 weist die Form eines Stempels auf. Es kann innerhalb des Gehäuses bewegt werden. Die Stempelfläche 3F ist auf der Stirnfläche 4A eines zweiten Bauteils 4 angeordnet. Der Stempel 3 kann lose auf der Stirnfläche 4A angeordnet oder dauerhaft mit dieser verbunden sein. Das Bauteil 4 ist als Hohlkörper ausgebildet und weist in der Länge variable Seitenflächen 4V auf. Die Seiten­ flächen 4V sind als Faltenbalge ausgebildet. Es besteht die Möglichkeit, für den Fall, daß das Bauteil 4 einen zylinderförnigen Querschnitt aufweist, die Seitenflächen 4V durch ein Wellenrohr zu bilden. Die zweite Stirnflä­ che 4B des Hohlkörpers 4 ist auf den Boden 2B des Gehäu­ ses 2 angeordnet und kann mit diesem dauerhaft vebunden sein. Der Querschnitt des Hohlkörpers 4 ist an den Quer­ schnitt des Innenraums 2R des Gehäuses 2 angepaßt. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist innerhalb des Hohlkörpers 4 eine definierte Menge an Natrium 5F angeordnet. Wird das gesamte Druckelement 1 einer Tempe­ ratur ausgesetzt, die größer ist als der Schmelzpunkt des Natriums, so liegt das Natrium in diesem Temperatur­ bereich als Flüssigkeit und/oder als gesättigter Dampf vor. Da das Natrium in der flüssigen Phase und in der Danpfphase ein größeres Volumen einnimmt, wird der Hohl­ körper 4, der in der Länge variabel ist bei Temperaturen die oberhalb des Schmelzpunktes von Natium liegen, ge­ dehnt. Der auf dem Hohlkörper 4 aufsitzende Stempel 3 wird aus dem Gehäuse 2 nach außen bewegt. Gleichzeitig übt er auf eine Vorrichtung, die mit ihm verbunden ist, eine Druckkraft aus. Mit steigender Temperatur wächst der Dampfdruck des Natriums und dadurch der Druck inner­ halb des Hohlkörpers 4. Zur Erläuterung der Funktions­ weise des Druckelements wird davon ausgegangen, daß der Hohlkörper 4 beispielsweise ein Volumen von 6 cm³ auf­ weist und seine Stirnfläche 4A 3 cm² groß ist. Wird fer­ ner davon ausgegangen, daß der druckabhängige Federweg einen Zentimeter beträgt, und der Stempelhals 3H einen Querschnitt von 0,3 cm² aufweist, so wird, wenn der Hohlkörper 4 etwa ein Gramm Natrium enthält, und einer Temperatur von 1000°C ausgesetzt wird, bei dem dann herrschenden Partialdampfdruck des Natriums von 2,8 Bar auf den Stempel 3 ein Druck von 28 Bar ausgeübt.

Erfimdungsgemäß besteht die Möglichkeit, den Hohlkörper auch in zwei oder mehr Kammern zu unterteilen, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Die Kammern 4C und 4D sind bei diesem Ausführungsbeispiel mit unterschiedlichen Sub­ stanzen gefüllt. Während der Raum 4C Cäsium enthält, ist in den Raum 4D Arsen gefüllt. Hierdurch ist es möglich, bei bestimmten Temperaturen definierte Drücke zu erzeu­ gen. Im Temperaturbereich bis 500°C bestimmt der höhere Druck des Cäsiums und oberhalb von 500°C der Druck des Arsens den Gesamtdruck des Stempels 3. Die temperaturab­ hängigen Partialdampfdrücke von Arsen und Cäsium sind in Fig. 3 dargestellt.

Zusammenfassung Druckelement

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckelement (1), das zur Erzeugung von Zug- und Druckkräften verwendet werden kann. Das Druckelement (1) weist ein erstes, als Stempel dienendes Bauteil (3) und ein in der Länge veränderbares zweites Bauteil (4) auf. Ferner sind Mittel (5, 6 und 7) vorgesehen, mit Hilfe derer das Bauteil (4) verlängert und somit eine Druckkraft über das Bauteil (3) nach au­ ßen ausgeübt werden kann.

Signifikante Figur: Fig. 1.

Claims (7)

1. Druckelement zur Erzeugung von Druckkräften, gekennzeichnet durch ein erstes beweglich gehaltertes Bauteil (3), welches mit einem zweiten Bauteil (4) in Verbindung steht, dessen Länge durch im Druckelement (1) angeordnete Mittel (5F) veränderbar ist.

2. Druckelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite Bauteil (4) ein Hohlkörper ist, dessem seitliche Begrenzungsflächen faltenbalkartig aus­ gebildet oder aus einem Wellenrohr gefertigt sind.

3. Druckelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (4) als Mit­ tel zur Verlängerung seiner seitlichen Begrenzungsflä­ chen (4V) wenigstens eine Substanz enthält, die bei ei­ ner definierten Temperatur in zwei Phasen vorliegt.

4. Druckelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (4) wenig­ stens ein Alkalimetall enthält.

5. Druckelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hohlkörper (4) Natrium oder Arsen gefüllt ist.

6. Druckelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (4) in zwei oder mehrere Kammern (4C und 4D) unterteilt ist, die we­ nigstens zwei verschiedene Substanzen zur Verlängerung des Hohlkörpers (4) aufweisen.

7. Druckelement nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Kamner (4C) Cäsium und die zwei­ te Kammer (4D) Arsen enthält.