DE4320505A1

DE4320505A1 - Device for the independent open-loop and closed-loop control of mechanical and electromechanical equipment

Info

Publication number: DE4320505A1
Application number: DE4320505A
Authority: DE
Inventors: Hanno Steinke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-06-21
Filing date: 1993-06-21
Publication date: 1994-12-22
Also published as: DE4327548A1

Abstract

The invention relates to a device for the open-loop and closed-loop control of mechanical and electromechanical equipment, for example light-protection equipment, which operate independently, without manual influence, exclusively as a function of temperature and material expansion differences and without the use of external energy or fault-susceptible electronics. The solution according to the invention is characterised by a very thermally insulated base body made of a material having low thermal expansion coefficients which separates two mechanical systems thermally and spatially from each other, the systems being made of material which has a high thermal expansion coefficient with respect to the base body, on which systems, directly or indirectly, independently of each other, heat can act which causes a material expansion of the mechanical systems which, via a mechanical element connected to the latter, can be converted into a rotary motion, can be introduced from there to a mechanical transmission element and can be picked off by the latter.

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.The invention relates to a device for independent control and regulate mechanical or electromechanical Furnishings by heat. The device is for example for independent regulation of light protection devices in the Industrial and residential construction, mechanical or electromechanical Ventilation systems in workshops, office buildings, in plant breeding plants in horticulture as well as in closed ones Animal facilities in agriculture or zoological Gardens applicable.

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.It is known that, for example, in the measurement and Control technology thermal energy as a manipulated variable for control electromechanical elements or directly to mechanical Drive is used. Especially those from physical Correlation resulting between regularities Expansion behavior of solid, liquid and gaseous Media and direct as well as indirect heat is in used in various areas of technology. The stake of bimetals for the control and regulation of various Processes should be mentioned as a striking example. When using bimetallic, however, only that comes absolute warmth to the effect. The disadvantage here is that relative Relationship between temperatures are disregarded. The result is that, for example, to control Previously manual control devices to be favoured. Devices are also known that use it for example in low energy houses depending on the Allow difference between radiant heat and internal temperature, Open or close the light panels. the well-known Technical solutions have the disadvantage that they are relative Temperature conditions and their impact on the expansion behavior of solid, liquid and gaseous media can not be effective, causing significant malfunction such devices leads. Also are so far known solutions complicated in their technical structure as well as material and costly to manufacture.

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.The aim of the invention is a device for controlling and regulate mechanical or electromechanical devices by creating warmth that works independently, one simple construction and saves material and is inexpensive to manufacture.

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.The invention has for its object a device for control and regulate mechanical and electromechanical devices by creating heat that under independently Use of the different heat behavior of the same Materials, due to their heat absorption, a difference in material expansion arises without manual influence exclusively depending on temperature differences and without use of external energy and electronics prone to failure, for example Light protection devices controls and regulates.

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. According to the invention the object is achieved in that a Device consisting of a highly heat-insulating Base body made of material with a low coefficient of thermal expansion, on which two structurally identical and made same solid, liquid or gaseous materials existing mechanical systems, with one material, compared to the base body, high coefficient of thermal expansion, by means of a conventional holder are attached that both mechanical systems by the Base body thermally and spatially isolated and different Influences of heat can be exposed, the resulting from the resulting independently acting heat influences different material expansion of the mechanical Systems on one, between the mechanical systems arranged and connected to this mechanical element, for example a pulley, is transferable and on this generate a rotary motion that is based on the mechanical Element fastened in a suitable manner, for example a wave, can be derived and tapped from it is. The device according to the invention is as follows explained using an exemplary embodiment.

Dabei zeigtIt shows

Fig. 1 Querschnitt einer Vorrichtungsanordnung Fig. 1 cross section of a device arrangement

Fig. 2 Vorderansicht eines Umlenkbereiches Fig. 2 front view of a deflection area

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.In the exemplary embodiment, the device according to the invention was arranged on the inside of the lower window leg 1 of a window, on a conventionally designed holder 3 , which is open towards the interior, closed at the top and bottom and laterally by suitable covers 4 and delimited on the rear side by the window pane 2 is. The device is arranged vertically between the upper and lower cover 4 at an angle which is favorably inclined to the radiation angle of the sun, ie that the radiation heat which is optimal under the respective conditions can be absorbed. The base body 5 of the device according to the invention consists of very good heat-insulating material, for example Supra-Invar, with a coefficient of linear expansion of α = 1.5 10 ^-6 K ^-1 . The arranged between the window plate 2 and the base body 5 and the mechanical system 6 is arranged between the base body 5 and the interior mechanical system 7 consists of an aluminum wire 8 having a linear expansion coefficient of α = 23.8 10 ^-6 K ^-1. The aluminum wire 8 of the two mechanical systems 6 and 7 is in each case wound in the exemplary embodiment by seven deflection rollers 11 , which are fastened on two shaft pairs 9 arranged parallel to one another and perpendicular to the base body 5 . The distance between each pair of waves 9 of the mechanical systems 6 and 7 was set at 1 m in the exemplary embodiment. With seven wire deflections per system, this corresponds to a wire length of 14 m per system. The wire coils of both mechanical systems 6 and 7 are on the one hand spring-attached to the lower part of the holder 3 and, on the other hand, generate via the respective upper deflection roller 10 at the end of the shaft pairs 9 on the horizontally arranged between the two mechanical systems 6 and 7 and embedded in the base body 5 Deflection roller 11 a rotary movement. On the deflection roller 11 arranged between the two mechanical systems 6 and 7 and embedded in the base body 5 , a shaft 12 is vertically arranged for transmitting and removing the torque resulting from the changes in length of the aluminum wire 8 . If the mechanical system 6 is exposed to radiant heat through the window pane 2 , a change in length of the aluminum wire 8 of the mechanical system 6 of 1.67 mm is achieved, for example, by a temperature change of Δt = 5 K. This effect can also be increased by blackening the mechanical system 6 and the heat build-up generated thereby. The change in length is transmitted via the deflecting rollers 10 arranged at the ends of the shaft pairs 9 to the deflecting roller 11 arranged horizontally between the two mechanical systems 6 and 7 in the form of a rotary movement, and is applied to the shaft 12 vertically arranged in the base body 5 on the deflecting roller 11 as torque can be tapped and is used in the exemplary embodiment for closing a light protection device on the window pane 2 .

Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference symbols used

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 1 lower window leg
2 window panes
3 bracket
4 covers
5 basic bodies
6 mechanical system
7 mechanical system
8 wire
9 pairs of shafts with pulleys 10
10 pulleys
11 pulley between the systems
12 shaft for transmitting and tapping a rotary movement

Claims

Device for independently controlling and regulating mechanical and electromechanical devices by heat, characterized in that on a base body ( 5 ) consisting of a highly heat-insulating material with a low thermal expansion coefficient, two mechanical systems ( 6 ) and (structurally identical) are designed by means of a conventional holder ( 3 ). 7 ), consisting of solid, liquid or gaseous material with comparatively to the base body ( 5 ) high coefficient of thermal expansion, thermally and spatially insulated are attached in such a way that the mechanical influences ( 6 ) and ( 7 ) act independently or indirectly on the heat influences resulting material expansion of the mechanical systems ( 6 ) and ( 7 ) on a, between the mechanical systems ( 6 ) and ( 7 ) arranged and connected to this mechanical element, for example a deflecting roller ( 11 ), can be transferred and on this a D Generate deer movement, which can be derived and tapped from a transmission element, for example a shaft ( 12 ), which is fastened in a suitable manner to the mechanical element.