DE4320505A1 - Vorrichtung zum selbständigen Steuern und Regeln mechanischer und elektromechanischer Einrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum selbständigen steuern und regeln mechanischer oder elektromechanischer Einrichtungen durch Wärme. Die Vorrichtung ist beispielsweise zur selbständigen Regulierung von Lichtschutzeinrichtungen im Industrie- und Wohnungsbau, von mechanischen oder elektromechanischen Entlüftungsanlagen in Werkhallen, Bürogebäuden, in Pflanzenzuchtanlagen im Gartenbau sowie in geschlossenen Tieranlagen in der Landwirtschaft oder zoologischen Gärten anwendbar.

Es ist bekannt, daß beispielsweise in der Meß- und Regeltechnik Wärmeenergie als Stellgröße zur Steuerung elektromechanischer Elemente oder direkt zum mechanischen Antrieb benutzt wird. Besonders die aus physikalischen Gesetzmäßigkeiten resultierende Korrelation zwischen Ausdehnungsverhalten von festen, flüssigen und gasförmigen Medien und direkter sowie indirekter Wärmeeinwirkung wird in den verschiedensten Bereichen der Technik genutzt. Der Einsatz von Bimetallen für die Steuerung und Regelung verschiedenster Prozesse soll hierfür als markantes Beispiel genannt werden. Beim Einsatz von Bimetallen kommt jedoch ausschließlich die absolute Wärme zur Wirkung. Nachteilig dabei ist, daß relative Beziehung zwischen Temperaturen unberücksichtigt bleiben. Die Folge ist, daß beispielsweise zur Steuerung von Lichtschutzeinrichtungen bisher manuelle Steuereinrichtungen bevorzugt werden. Es sind auch Vorrichtungen bekannt, die es beispielsweise in Niedrigenergiehäusern in Abhängigkeit der Differenz von Strahlungswärme und Innentemperatur ermöglichen, Lichtblenden zu öffnen oder zu schließen. die bekannten technischen Lösungen haben den Nachteil, daß sie relative Temperaturverhältnisse und deren Auswirkung auf das Ausdehnungsverhalten von festen, flüssigen und gasförmigen Medien nicht wirksam machen können, was zu wesentlichen Funktionsstörungen solcher Vorrichtungen führt. Außerdem sind bisher bekannte Lösungen in ihrem technischen Aufbau kompliziert sowie material- und kostenaufwendig in ihrer Herstellung.

Es ist Ziel der Erfindung eine Vorrichtung zum steuern und regeln mechanischer oder elektromechanischer Einrichtungen durch Wärme zu schaffen, die selbständig arbeitet, einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist sowie materialsparend und kostengünstig herstellbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum steuern und regeln mechanischer und elektromechanischer Einrichtungen durch Wärme zu schaffen, die selbständig unter Nutzung des unterschiedlichen Wärmeverhaltens gleicher Materialien, durch deren Wärmeabsorbtion eine Materialausdehnungsdifferenz entsteht, ohne manuellen Einfluß ausschließlich in Abhängigkeit von Temperaturdifferenzen sowie ohne Einsatz von Fremdenergie und störanfälliger Elektronik, beispielsweise Lichtschutzeinrichtungen steuert und regelt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Vorrichtung, bestehend aus einem stark wärmeisolierendem Grundkörper aus Material mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten, auf dem zwei konstruktiv gleich gestaltete und aus gleichen festen, flüssigen oder gasförmigen Materialien bestehende mechanische Systeme, aus einem Material mit, vergleichsweise zum Grundkörper, hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten, mittels einer herkömmlichen Halterung derart befestigt sind, daß beide mechanischen Systeme durch den Grundkörper thermisch und räumlich isoliert und unterschiedlichen Wärmeeinflüssen aussetzbar sind, wobei die aus den unabhängig voneinander einwirkenden Wärmeeinflüssen resultierende unterschiedliche Materialausdehnung der mechanischen Systeme auf ein, zwischen den mechanischen Systemen angeordnetes und mit diesen verbundenes, mechanisches Element, beispielsweise eine Umlenkrolle, übertragbar ist und an diesem eine Drehbewegung erzeugen, die auf ein an dem mechanischen Element in geeigneter Weise befestigtes Übertragungselement, beispielsweise einer Welle, ableitbar und von diesem abgreifbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.

Dabei zeigt

Fig. 1 Querschnitt einer Vorrichtungsanordnung

Fig. 2 Vorderansicht eines Umlenkbereiches

Im Ausführungsbeispiel wurde die erfindungsgemäße Vorrichtung auf der Innenseite des unteren Fensterschenkels 1 eines Fensters angeordnet, an einer herkömmlich gestalteten Halterung 3, die nach dem Innenraum offen, oben und unten sowie seitlich durch geeignete Abdeckungen 4 verschlossen und auf der rückwärtigen Seite durch die Fensterscheibe 2 begrenzt ist. Die Vorrichtung ist zwischen oberer und unterer Abdeckung 4 vertikal in einem, dem Strahlungswinkel der Sonne günstig geneigtem Winkel, d. h. daß die unter den jeweiligen Bedingungen optimale Strahlungswärme aufgenommen werden kann, angeordnet. Der Grundkörper 5 der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht aus sehr gut wärmeisolierendem Material, beispielsweise Supra - Invar, mit einem Längenausdehnungskoeffizienten von α=1,5 10^-6 K^-1. Das zwischen Fensterscheibe 2 und Grundkörper 5 angeordnete mechanische System 6 und das zwischen dem Grundkörper 5 und Innenraum angeordnete mechanische System 7 besteht aus einem Aluminiumdraht 8 mit einem Längenausdehnungskoeffizienten von α=23,8 10^-6 K^-1. Der Aluminiumdraht 8 der beiden mechanischen Systeme 6 und 7 ist jeweils um im Ausführungsbeispiel je sieben Umlenkrollen 11, die auf zwei parallel zueinander, senkrecht zum Grundkörper 5 angeordneten Wellenpaaren 9 befestigt sind, gewendelt. Der Abstand zwischen jeweils einem Wellenpaar 9 der mechanischen Systeme 6 und 7 wurde im Ausführungsbeispiel mit 1 m festgelegt. Bei sieben Drahtumlenkungen pro System entspricht das einer Drahtlänge von 14 m pro System. Die Drahtwendeln beider mechanischer Systeme 6 und 7 sind einerseits federnt am unteren Teil der Halterung 3 befestigt und erzeugen andererseits über die jeweils obere Umlenkrolle 10 am Ende der Wellenpaare 9 an der horizontal zwischen den beiden mechanischen Systemen 6 und 7 angeordneten und in den Grundkörper 5 eingelassenen Umlenkrolle 11 eine Drehbewegung. An der zwischen den beiden mechanischen Systemen 6 und 7 angeordneten, in den Grundkörper 5 eingelassenen Umlenkrolle 11 ist vertikal eine Welle 12 zur Übertragung und Abnahme des durch die Längenänderungen des Aluminiumdrahtes 8 entstehenden Drehmoments angeordnet. Ist das mechanische System 6 durch die Fensterscheibe 2 einer Strahlungswärme ausgesetzt, wird beispielsweise durch eine Temperaturänderung von Δt=5 K eine Längenänderung des Aluminiumdrahtes 8 des mechanischen Systems 6 von 1,67 mm erreicht. Dieser Effekt kann außerdem durch Schwärzung des mechanischen Systems 6 und dadurch erzeugten Wärmestau erhöht werden. Die Längenänderung wird über die an den Enden der Wellenpaare 9 angeordneten Umlenkrollen 10 auf die horizontal zwischen beiden mechanischen Systemen 6 und 7 angeordnete Umlenkrolle 11 in Form einer Drehbewegung übertragen, ist an der im Grundkörper 5 eingelassenen an der Umlenkrolle 11 vertikal angeordneten Welle 12 als Drehmoment abgreifbar und dient im Ausführungsbeispiel zur Schließung einer Lichtschutzeinrichtung an der Fensterscheibe 2.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

 1 unterer Fensterschenkel
 2 Fensterscheibe
 3 Halterung
 4 Abdeckungen
 5 Grundkörper
 6 mechanisches System
 7 mechanisches System
 8 Draht
 9 Wellenpaare mit Umlenkrollen 10
10 Umlenkrollen
11 Umlenkrolle zwischen den Systemen
12 Welle zur Übertragung und zum Abgriff einer Drehbewegung

Claims (1)

1. Vorrichtung zum selbständigen steuern und regeln mechanischer und elektromechanischer Einrichtungen durch Wärme gekennzeichnet dadurch, daß an einem, aus einem stark wärmeisolierendem Material mit geringem Wärmeausdehungskoeffizienten bestehenden Grundkörper (5) mittels einer herkömmlichen Halterung (3) zwei konstruktiv gleich gestaltete mechanische Systeme (6) und (7), bestehend aus festem, flüssigem oder gasförmigem Material mit vergleichsweise zum Grundkörper (5) hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten, thermisch und räumlich isoliert derart befestigt sind, daß durch direkt oder indirekt auf die mechanischen Systeme (6) und (7) unabhängig voneinander einwirkende Wärmeeinflüsse die daraus resultierende Materialausdehnung der mechanischen Systeme (6) und (7) auf ein, zwischen den mechanischen Systemen (6) und (7) angeordnetes und mit diesen verbundenes mechanisches Element, beispielsweise eine Umlenkrolle (11), übertragbar ist und an diesem eine Drehbewegung erzeugen, die auf ein, an dem mechanischen Element in geeigneter Weise befestigtes, Übertragungselement, beispielsweise eine Welle (12), ableitbar und von diesem abgreifbar ist.