DE69617182T2

DE69617182T2 - Thermischer Stellantrieb

Info

Publication number: DE69617182T2
Application number: DE69617182T
Authority: DE
Inventors: Costanzo Gadini; Fiorenzo Pivetta
Original assignee: Eltek SpA
Current assignee: Eltek SpA
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: EP0781920A1; IT1281117B1; EP0781920B1; US5968395A; ITTO951060A1; ITTO951060A0; DE69617182D1

Description

Die Erfindung betrifft eine thermische Stellvorrichtung und ein Verfahren, bei dem durch eine Stellvorrichtung entweder Druck oder Zug erzeugt wird.
Thermische Stellvorrichtungen sind bereits aus verschiedenen Anwendungsbereichen bekannt, darunter Haushaltsgeräte und Klimaanlagen.
Derartige Vorrichtungen, die auch unter der Bezeichnung "Thermoaktuatoren" bekannt sind, haben normalerweise ein Gehäuse aus einem wärmeleitfähigen Material (z. B. Metall), das an eine elektrische Heizeinrichtung angeschlossen ist. In diesem Gehäuse sind normalerweise ein sich durch Wärme ausdehnendes Material (z. B. Wachs) und ein Druckelement enthalten. Die elektrische Heizeinrichtung ist typischerweise ein PTC-Widerstand, der über zwei Anschlüsse gespeist wird.
Wenn an den Speiseanschlüssen Spannung anliegt, erzeugt die elektrische Heizeinrichtung Wärme und bewirkt die Ausdehnung des Wärmeausdehnungsmaterials. Diese Ausdehnung hat eine Linearverschiebung des Druckelements aus dem Gehäuse heraus zu einer vorgegebenen Position zur Folge, die im allgemeinen durch einen mechanischen Anschlag begrenzt ist und als stabile Arbeitsposition bezeichnet werden kann.
Wenn die Stromzufuhr aufhört, kühlt sich die Heizeinrichtung ab, und das Wärmeausdehnungsmaterial schrumpft, so dass das Druckelement in seine anfängliche Ruhestellung zurückkehrt (gegebenenfalls auch durch ein elastisches Rückstellelement, d. h. eine Feder).
Thermische Stellvorrichtungen der vorstehend beschriebenen Art Lassen sich einfach und kostengünstig herstellen und sind im allgemeinen sehr zuverlässig. Weitere wichtige Vorteile dieser Vorrichtungen sind die beträchtliche Kraft, die sie trotz ihrer kompakten Abmessungen entfalten können, und vor allem ihre geräuscharme Arbeitsweise.
Eine Begrenzung dieser Vorrichtungen liegt jedoch darin, dass sie neben ihrer Ruheposition nur eine stabile Arbeitsposition zulassen, wenn nicht zu ausgeklügelten und anfälligen kinematischen Prozessen gegriffen wird.
Aus der GB-A 2 138 983 ist eine Vorrichtung bekannt, die zwei thermische Stelleinrichtungen aufweist, deren Druckelemente auf ein und dasselbe Element einwirken, um letzteres in entgegengesetzte Richtungen zu verschieben.
Auch die DE-A 38 08 254 beschreibt eine Stellvorrichtung für Klima- oder Lüftungsanlagen, die zwei thermische Stelleinrichtungen enthält, deren Druckelement auf ein und dasselbe Element einwirkt, das in entgegengesetzte Richtungen bewegbar ist, und die US-A 2,928,233 beschreibt eine Betätigungsanordnung, die demselben Zweck dient und bei der die Druckelemente von zwei gegenüberliegenden thermischen Stelleinrichtungen miteinander verbunden sind.
Außerdem ist aus der DE-A 43 36 794 eine Stellvorrichtung bekannt, bei der ein scheibenförmiges PTC-Heizelement zwischen zwei thermischen Stelleinrichtungen angeordnet ist, die auf derselben Achse gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen wirken.
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Lösung für den genannten Nachteil zu finden und eine thermische Stellvorrichtung von einfacher und kompakter Konstruktion bereitzustellen, die ebenso kostengünstig, zuverlässig und geräuscharm ist wie die bereits bekannten Vorrichtungen, jedoch mehrere Arbeitspositionen ermöglicht, ohne dass dazu komplizierte mechanische Bewegungsvorgänge oder elektronische Schaltungen erforderlich sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Stellvorrichtung und ein Stellverfahren mit den in den Ansprüchen 1 und 14 angegebenen Merkmalen. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 13 und 15 bis 16 enthalten.
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung und den anliegenden Zeichnungen ersichtlich, die lediglich der Erläuterung dienen sollen und nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen sind. Es zeigen:
Fig. 1: die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten denkbaren Ausführungsform;
Fig. 1 und 2: ein Schnittbild der Vorrichtung von Fig. 1 entlang der Linie A-A bzw. B-B;
Fig. 4: die Vorrichtung von Fig. 1 bis 3 in vier verschiedenen Betriebszuständen;
Fig. 5: die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer zweiten denkbaren Ausführungsform;
Fig. 6 und 7: ein Schnittbild der Vorrichtung von Fig. 5 entlang der Linie C-C bzw. D-D;
Fig. 8: die Vorrichtung von Fig. 5 bis 7 in vier verschiedenen Betriebszuständen;
Fig. 9: ein Schnittbild einer dritten möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und zwar entlang der Linie F-F von Fig. 10;
Fig. 10 und 11: ein Schnittbild der Vorrichtung von Fig. 9, und zwar entlang der Linie E-E bzw. G-G.
Fig. 1, 2, 3 zeigen eine erste mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung. Im einzelnen ist diese erste Ausführungsform der Stellvorrichtung in der Lage, Druck auf eine gekoppelte Vorrichtung auszuüben (beispielsweise auf die Klappe einer Klimaanlage oder auf die Durchflusssperre der Waschmittelkammer einer Waschmaschine).
Die als Ganzes mit 1 bezeichnete Vorrichtung hat einen bewegbaren Körper 2, beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial, der als Gehäuse dient und in seinen beiden längsseitigen Enden Öffnungen hat.
Der Körper 2 nimmt eine erste thermische Stelleinrichtung, die mit 3 bezeichnet und mit einem zugehörigen Druckelement bzw. einem kleinen Kolben 4 versehen ist, und eine zweite thermische Stelleinrichtung, die mit 5 bezeichnet und mit einem zugehörigen Druckelement bzw. einem kleinen Kolben 6 versehen ist, auf. Ein Ende des Kolbens 4 bzw. 6 befindet sich innerhalb der jeweiligen thermischen Stelleinrichtung, während das andere Ende aus ihr hervorsteht.
Die beiden thermischen Stelleinrichtungen 3 und 5 sind gleichartig und unterscheiden sich nur im Kolbenhub; bei dem abgebildeten Beispiel hat der Kolben 4 einen Hub von 6 mm und der Kolben 6 einen Hub von 3 mm.
Beide thermischen Steileinrichtungen 3 und 5 sind im Hauptteil des Körpers 2 untergebracht und einstückig mit ihm verbunden. Wie die Abbildung zeigt, liegen diese zwei thermischen Stelleinrichtungen einander dergestalt gegenüber, dass die zwei Kolben 4 und 6 in einander entgegengesetzte Richtungen weisen.
Eine mit 7 bezeichnete Achse ist zumindest teilweise in dem Körper untergebracht, wobei die Achse in Verbindung mit der Bewegung des Kolbens 4 entgegen der Kraft der Feder 8 bewegbar ist, wobei die Feder 8 zwischen dem Körper 2 und einem Flanschabschnitt 7' der Achse angeordnet ist; wie zu erkennen ist, hat ein Ende der Achse 7 Kontakt mit dem Kolben 4, während ihr entgegengesetztes Ende aus einer der Öffnungen des Körpers 2 hervorsteht. Auf der entgegengesetzten Seite ist ein mit 9 bezeichnetes Tragelement zumindest teilweise innerhalb des Körpers 2 untergebracht. Dieses Element 9 hat Kontakt mit dem Kolben 6, und es hat einen Flanschabschnitt 9'. Zwischen dem Flanschabschnitt 9' und dem Körper 2 ist eine mit 10 bezeichnete Feder angeordnet.
Das zweite Ende des Tragelements 9 steht aus der Öffnung am zweiten Ende des Körpers 2 hervor und ist einstückig mit einem mit 11 bezeichneten Befestigungselement ausgebildet; dieses Befestigungselement hat Durchgangsbohrungen 12, mittels welcher die Vorrichtung 1 mit Schrauben an einem feststehenden Teil des Geräts, an dem die Vorrichtung verwendet wird, befestigt werden kann.
Zwei mit 13 und 14 bezeichnete Heizelemente (z. B. Thermistoren mit positivem Temperaturkoeffizienten-PTC-Widerstände) sind den zwei thermischen Stelleinrichtungen 3 und 5 zugeordnet, während mit 15 und 16 ihre elektrischen oder Versorgungsanschlüsse bezeichnet sind.
Im oben dargestellten Fall ist ein mit IS bezeichneter massiver Abschnitt des Körpers 2 zwischen den zwei thermischen Stelleinrichtungen 3 und 5 angeordnet; dieser Abschnitt IS bildet eine Wärmeisolierung zwischen den beiden Heizelementen 13 und 14, so dass eine Wechselwirkung zwischen ihnen vermieden wird, wenn nur eine der beiden thermischen Stelleinrichtungen in Aktion treten muss.
Mit 17 bezeichnete Anschläge sind in dem Körper 2 auf der Seite vorgesehen, auf der die Achse 7 angeordnet ist; mit 18 bezeichnete weitere Anschläge sind in dem Körper 2 auf der Seite ausgebildet, auf der das Tragelement 9 angeordnet ist.
Die Anschläge 17 und 18 haben die Funktion eines mechanischen Bewegungsbegrenzers für die Achse 7 bzw. den Körper 2, wie in der nachfolgenden Beschreibung noch näher erklärt wird.
Die thermischen Stelleinrichtungen 3 und 5 sind beide Einrichtungen, die als solche bekannt sind, und sie arbeiten nach dem geschilderten Prinzip. Wenn ein Versorgungssignal die Kontakte 15 und 16 erreicht, erzeugen beide Heizelemente 13 und 14 Wärme, wodurch das im Körper der thermischen Stelleinrichtungen 3 und 5 enthaltene Wärmeausdehnungsmaterial sich ausdehnt.
Diese Ausdehnung führt zu einer Linearbewegung der Kolben 4 und 6, die so lange anhält, wie der Flanschabschnitt T der Achse 7 und der Flanschabschnitt 9' des Tragelements nicht an den Anschlägen 17 und 18 anliegen. Daraus lässt sich ersehen, dass die thermische Stelleinrichtung 3 eine Veränderung der Position der Achse 7 relativ zum Körper 2 bewirken kann, während die thermische Stelleinrichtung 5 eine Veränderung der Position des Körpers 2 relativ zum Tragelement 9 bewirken kann.
Fällt das Versorgungssignal an den Kontakten 15 und 16 weg, kühlen sich die Thermoelemente 13 und 14 ab, und die Kolben 4 und 6 kehren unterstützt durch die Federn 8 und 10 zu ihrer ursprünglichen Ruheposition zurück.
Aus obiger Beschreibung ist deutlich geworden, wie mehrere unterschiedliche Positionen für das aus dem Körper 2 herausstehende Achsenende 7, d. h. für das Achsenende 7, das auf die mit der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung 1 verbundene Einrichtung Druck ausübt, erreicht werden können, indem die Heizelemente 13 und 14 zum richtigen Zeitpunkt gespeist werden.
Dazu wird die Arbeitsweise der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Vorrichtung 1 im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben, in der die Vorrichtung 1 mittels des Befestigungselements 11 an einem mit PP bezeichneten feststehenden Teil (z. B. einem Haushaltsgerät) befestigt ist.
Teil A von Fig. 4 zeigt die Vorrichtung 1 in einem Zustand, in dem kein Speisesignal an den Kontakten 15 und 16 anliegt und beide Kolben 4 und 6 in ihrer anfänglichen Ruheposition sind. Wie zu sehen ist, ist die Achse 7 in diesem Zustand durch die Wirkung der Feder 8 vollständig zurückgezogen. Auch der Körper 2 ist durch die Wirkung der Feder 10 vollständig zum Tragelement hin zurückgezogen, so dass das herausragende Achsenende 7 in einer ersten Arbeitsstellung ist.
Teil B von Fig. 4 zeigt die Vorrichtung 1 in einem Zustand, in dem an den Anschlüssen 16 ein elektrisches Speisesignal anliegt, während dies bei den Anschlüssen 15 nicht der Fall ist. In diesem Fall werden nur das Heizelement 14 und damit nur die thermische Stelleinrichtung 5 aktiviert. Der dabei entstehende Druck des Kolbens 6 gegen das Tragelement 9 bewirkt eine Translationsbewegung des bewegbaren Körpers 2 (der, wie bereits erwähnt, mit den zwei thermischen Stelleinrichtungen 3 und 5 eine Einheit bildet) und aller darin enthaltenen Elemente. Die Bewegung des Körpers 2 relativ zum Tragelement 9 hört auf, wenn die Anschläge 18 an dem Flanschabschnitt 9' des Elements 9 anliegen. Damit nimmt das herausragende Ende der Achse 7 eine zweite Stellung ein, die in der Abbildung mit I bezeichnet ist und bei dem hier behandelten Beispiel ein Drittel des Gesamthubs der Vorrichtung 1 ausmacht.
Wenn die Stromversorgung des Heizelements 14 aufhört, kühlt sich die thermische Stelleinrichtung 5 ab, und der Kolben 6 kehrt unter der Wirkung des aus der Feder 10 bestehenden elastischen Elements in seine zurückgezogene Position zurück, so dass die Vorrichtung 1 wieder die in Teil A von Fig. 4 gezeigte Arbeitsstellung einnimmt.
Teil C von Fig. 4 zeigt die Vorrichtung 1 in einem Zustand, in dem ein elektrisches Speisesignal an den Anschlüssen 15 anliegt, während dies bei den Anschlüssen 16 nicht der Fall ist. In diesem Fall wird das Heizelement 13 aktiviert, was eine Bewegung des Kolbens 4 nach sich zieht. Der Druck des Kolbens 4 auf die Achse 7 bewirkt eine Verschiebung derselben, bis der Flanschabschnitt 7' an den Anschlägen 17 anliegt. Ist das der Fall, nimmt das herausragende Ende der Achse 7 eine in der Abbildung mit II bezeichnete dritte Position ein, die im dargestellten Beispiel zwei Drittel des Gesamthubs der Vorrichtung 1 ausmacht.
Wenn die Stromzufuhr zum Heizelement 13 aufhört, kühlt sich auch in diesem Fall die thermische Stelleinrichtung 3 ab, und sowohl die Achse 7 als auch der Kolben 4 kehrt durch die Wirkung des aus der Feder 8 bestehenden elastischen Elements in die ursprüngliche zurückgezogene Position (Teil A von Fig. 4) zurück.
Teil D von Fig. 4 schließlich zeigt die Vorrichtung 1 in einem Zustand, in dem ein elektrisches Speisesignal sowohl an den Anschlüssen 15 als auch an den Anschlüssen 16 anliegt. In diesem Fall werden beide thermischen Stelleinrichtungen 3 und 5 aktiviert, so dass die Kolben 4 und 6 in Bewegung versetzt werden. In diesem Fall ergibt sich offensichtlich eine Translationsbewegung, die der Summe aus den mit I und II bezeichneten Bewegungen entspricht, und das herausragende Ende der Achse 7 nimmt eine dritte, mit III bezeichnete Stellung ein, die den maximalen Hub der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ausmacht.
Fig. 5, 6, 7 zeigen eine zweite mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung. Insbesondere ist diese zweite Ausführungsform eine Stellvorrichtung, die auf eine mit ihr gekoppelte Vorrichtung eine Zugkraft ausüben kann.
In diesen Abbildungen umfasst die erfindungsgemäße Steilvorrichtung, die als Granzes mit 1A bezeichnet ist, einen bewegbaren Körper 2A, der als Gehäuse dient und an seinen beiden längsseitigen Enden Öffnungen hat.
Der Körper 2A nimmt eine erste, mit 3A bezeichnete thermische Stelleinrichtung auf, die mit einem zugehörigen Druckelement oder Kolben 4A versehen ist, sowie eine zweite, mit 5A bezeichnete thermische Steileinrichtung, die mit einem zugehörigen Druckelement oder Kolben 6A versehen ist.
Auch bei dieser Ausführungsform sind die zwei thermischen Stelleinrichtungen Z A und 5A gleichartig und unterscheiden sich lediglich im Hub des zugehörigen Kolbens; auch in diesem Fall beträgt der Hub des Kolbens 6A 3 Millimeter und der Hub des Kolbens 4A 6 Millimeter.
Die Thermoaktuatoren 3A und 5A sind in den beiden Enden des Körpers 2A untergebracht und bilden mit diesem eine Einheit. Wie zu sehen ist, weisen die zwei Ihermischen Stelleinrichtungen zueinander, d. h. die beiden Kolben 4A und 6A sind vor einander angeordnet.
Eine mit 7A bezeichnete Achse, die einen Haupthohlraum 8A hat, der mit der hermischen Stelleinrichtung 3A fluchtet, ist zumindest teilweise innerhalb des Körpers 2A untergebracht. Wie insbesondere Fig. 7 zeigt, ist die Achse 7A so gestaltet, dass sie die thermische Stelleinrichtung 3A durch den Hohlraum 8A überschneidungsfrei umgibt, was die Umwandlung der Druckbewegung des Kolbens 4A in eine Zugbewegung der Achse 7A ermöglicht. Um das zu erreichen, steht der Kolben 4A in Kontakt mit einer Innenfläche 8A' des Hohlraums 8A, während die gegenüberliegende Fläche 8A" des Hohlraums in Verbindung mit dem Abschnitt 2A' des Körpers 2A eine mechanische Hubbegrenzung ergibt.
Auf der entgegengesetzten Seite nimmt der Körper 2A zumindest teilweise ein mit 9A bezeichnetes Tragelement auf. Auch das Element 9A hat einen mit 10A bezeichneten Haupthohlraum, der mit der thermischen Stelleinrichtung 5A fluchtet. Auch hier steht der Kolben 6A in Kontakt mit der Innenfläche 10A' des Hohlraums 10A, während die gegenüberliegende Fläche 10A" des Hohlraums in Verbindung mit dem Abschnit: 2A" des Körpers 2A eine mechanische Hubbegrenzung bildet.
Die zwei inneren Enden der Achse 7A und des Tragelements 9A weisen in der Körper 2A hinein, und eine zwischen ihnen angeordnete, mit 19A bezeichnete Spiralfeder drückt sie auseinander; das jeweils andere Ende der Achse 7A und des Elements 9A steht durch die erwähnten Endöffnungen aus dem Körper 2A heraus.
Das Tragelement 9A ist einstückig mit einem Befestigungselement ausgebildet, das mit 11A bezeichnet ist und zwei Durchgangsbohrungen 12A hat, so dass die Vorrichtung 1A mit Schrauben an einem feststehenden Teil des Geräts befestigt werden kann, mit dem zusammen sie verwendet wird. Mit 13A und 14A sind zwei Heizelemente (z. B. Thermistoren mit positivem Temperaturkoeffizienten - PTC-Widerstände) für die zwei thermischen Stelleinrichtungen 3A und 5A bezeichnet, während mit 15A und 16A ihre elektrischen Kontakte bzw. Anschlüsse bezeichnet sind. Die thermischen Stellenrichtungen 3A und 5A sind beide vom geschilderten Typ und haben das bereits beschriebene Funktionsprinzip.
Wie man sich vorstellen kann, hat die Vorrichtung 1A die gleiche Funktionsweise wie die Vorrichtung 1 nach Fig. 1 bis 4, wobei der einzige Unterschied darin besteht, dass bei der Vorrichtung 1A die Kolben der beiden thermischen Stelleinrichtungen SA und 5A eine Translationsbewegung auf die Achse 7A und den Körper 2A übertrage, können, die der oben beschriebenen Bewegung entgegengerichtet ist.
Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung liegt es auf der Hand, wie mehrere verschiedene Positionen des aus dem Körper 2A herausragenden Achsenendes 7a erzielt werden können, indem die zwei thermischen Stelleinrichtungen 13A und 14A zu geeigneten Zeitpunkten aktiviert werden, so dass das Ende der Achse 7 eine Zugkraft auf die mit der Stellvorrichtung 1A gekoppelte Vorrichtung ausübt.
Dazu wird nunmehr die Funktionsweise der Vorrichtung 1A gemäß Fig. 5 bis T unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben. In der genannten Abbildung ist mit PP ein feststehender Abschnitt bezeichnet, an dem die Vorrichtung 1A mittels des Befestigungselements 11 A befestigt ist.
Teil A von Fig. 8 zeigt die Vorrichtung 1A in dem Zustand, in dem an den Kontakten 15A und 16A kein elektrisches Signal anliegt und die Kolben 4A und 6A beide in ihrer ursprünglichen Ruheposition sind.
Wie zu sehen ist, ist in diesem Zustand die Achse 7A durch die Wirkung der Feder 19A vollständig nach vorne ausgefahren, während der Körper 2A - ebenfalls durch die Wirkung der Feder 19A - auf dem Tragelement 9A vollständig nach vorne ausgefahren ist. Damit ist das äußere Ende der Achse 7A in der ersten Arbeitsposition.
Teil B von Fig. 8 zeigt die Vorrichtung 1A in dem Zustand, in dem an den Anschlussen 16A ein elektrisches Speisesignal anliegt, während dies bei den Anschlüssen 15k nicht der Fall ist.
In diesem Fall wird nur das Heizelement 14A aktiviert und folglich nur die thermische Stelleinrichtung 5A. Der infolgedessen vom Kolben 6A auf das Tragelement 9A ausgeübte Druck bewirkt eine Translationsbewegung des bewegbaren Körpers 2A (der, wie bereits erwähnt, mit den beiden thermischen Stelleinrichtungen 3A und 5A eine Einheit bildet) und aller in ihm enthaltenen Elemente. Die Relativbewegung zwischen Tragelement 9A und Körper 2A hört auf, wenn der Abschnitt 2A" des Körpers 2A an der Oberfläche 10A" anliegt.
Damit nimmt das äußere Ende der Achse 7A eine zweite Position ein, die gegenüber der ersten zurückgesetzt und in der Abbildung mit I bezeichnet ist und bei dem dargestellten Beispiel ein Drittel des Gesamthubs der Vorrichtung 1 ausmacht.
Wenn die Stromzufuhr zum Heizelement 14A aufhört, kühlt sich die thermische Stelleinrichtung 5A ab, und der Kolben 6A kehrt unter der Wirkung des aus der Feder 19A bestehenden elastischen Elements in seine zurückgezogene Position zurück, so dass die Vorrichtung 1A erneut die in Teil A von Fig. 8 gezeigte Arbeitsposition einnimmt.
Teil C von Fig. 8 zeigt die Vorrichtung 1A in dem Zustand, in dem ein elektrisches Speisesignal an den Anschlüssen 15A anliegt, während dies bei den Anschlüssen 16A nicht der Fall ist. Dabei wird das Heizelement 13A aktiviert und folglich der Kolben 4A bewegt. Der Druck des Kolbens 4A auf die Achse 7A überträgt auf diese eine Translationsbewegung, bis die Oberfläche 8A" am Abschnitt 2A' des Körpers 2A anliegt. Ist dies der Fall, nimmt das äußere Ende der Achse 7A die in der Abbildung mit I bezeichnete dritte Position ein, die gegenüber der vorherigen zurückgesetzt ist und im dargestellten Beispiel zwei Drittel des Gesamthubs der Vorrichtung 1A ausmacht.
Auch in diesem Fall kühlt die thermische Stelleinrichtung 3A ab, wenn die Stromzufuhr zum Heizelement 13A aufhört, und unter der Wirkung des aus der Feder 19A bestehenden elastischen Elements kehren sowohl die Achse 7A als auch der Kolben 4A in ihre jeweilige Ausgangsposition zurück (Teil A von Fig. 8).
Teil D von Fig. 8 schließlich zeigt die Vorrichtung 1A in dem Zustand, in dem a i den Anschlüssen 15A und 16A ein Speisesignal anliegt. In diesem Fall werden beide thermischen Stellvorrichtungen 3A und 5A aktiviert und damit die Kolben 4A und 6A bewegt. Dabei ist die Translationsbewegung offensichtlich die Summe der zuvor mit I und II bezeichneten Bewegungen, und das äußere Ende der Achse 7A nimmt eine dritte, mit III bezeichnete Position ein, die gegenüber den vorherigen weiter zurückgezogen ist und den maximalen Hub der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1A ausmacht.
Fig. 9, 10, 11 geben eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung wieder. Die in diesen Abbildungen gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung entspricht im wesentlichen der Vorrichtung von Fig. 1 bis 3, jedoch weist sie zusätzlich einen Positionssensor auf, der als Ganzes mit 20 bezeichnet ist und ein Signal als Funktion der Betriebsposition der Achse 4 bereitstellen kann. In dem nicht als Einschränkung zu verstehenden Beispiel ist der Sensor 20 ein optischer Sensor und das Positionssignal ein binäres, digitales Signal.
Im Einzelnen umfasst der in Fig. 9 bis 11 gezeigte Sensor 20 einen Körper 21, in dem eine integrierte Schaltung 22 untergebracht ist, die mit paarweisen optischen Sensoren 23, 24, 25, 26 ausgestattet ist und dessen Ende 27 als Stecker gestaltet ist. Die Sensoren 23 und 25 sind Lichtemitter, beispielsweise Leuchtdioden, die jeweils mit Lichtempfängern, beispielsweise den Sensoren 24 und 26, die Phototransistoren sind, kombiniert sind.
Der Sensor 20 enthält auch ein mit 28 bezeichnetes erstes bewegbares Element das mit der Achse 7 eine Einheit bildet und ein Loch 29 hat, sowie ein mit 30 bezeichnetes zweites bewegbares Element, das mit dem Tragelement 9 eine Einheit bildet und ein Loch 31 hat.
Die Empfänger 24 und 26 erzeugen ein elektrisches Signal, das sich in Abhängigkeit von dem von den Emittern 23 und 25 empfangenen Licht ändert. Bei Vorliegen der gleichen Bedingungen wie bei Teil A von Fig. 4 wird die Übertragung von den Emittern 23 und 25 zu den Empfängern 24 und 26 durch das Element 28 bzw. das Element 30 unterbrochen.
Bei Vorliegen der gleichen Bedingungen wie bei Teil B von Fig. 4 wird die Lichtübertragung vom Emitter 25 zum Empfänger 26 durch das Loch 31 im Element 30 ermöglicht, wodurch sich das elektrische Signal zum Anschluss 27 ändert.
Bei Vorliegen der gleichen Bedingungen wie bei Teil C von Fig. 4 wird die Lichtübertragung vom Emitter 23 zum Empfänger 24 durch das Loch 29 im Element 28 ermöglicht, wodurch sich das elektrische Signal zum Anschluss 27 ändert.
Bei Vorliegen der gleichen Bedingungen wie bei Teil D von Fig. 4 wird die Lichtübertragung offensichtlich sowohl vom Emitter 25 zum Empfänger 26 als auch vom Emitter 23 zum Empfänger 24 ermöglicht, was eine weitere Änderung des elektrischen Signals ergibt.
Wie vorstehend beschrieben, liegt es auf der Hand, dass die verschiedenen Kombinationen für das elektrische Signal zum Anschluss 27 vier Werte nach binärer Logik annehmen können, die die Erkennung der vier in Fig. 4 (oder Fig. 8) hervorgehobenen Zustände ermöglichen.
Der Sensor 20 kann sich bei bestimmten Einsatzfällen der erfindungsgemäßen Vorrichtung als nützlich erweisen, speziell zur Erkennung des Zeitpunkts, zu dem eine bestimmte Betriebsstellung erreicht worden ist.
Die Merkmale der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung sind ebenso wie ihre Vorteile aus vorstehender Beschreibung deutlich geworden. Insbesondere ist aus der Beschreibung deutlich geworden, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Stellfunktion mittels Druck oder Zug mit mehr als zwei stabilen Betriebsstellungen ausüben kann, indem lediglich einfache, kompakte, billige und zuverlässige Elemente (z. B. thermische Stellelemente, Federn und kleine Achsen) verwendet werden, ohne dass komplizierte kinematische Systeme, Schaltungen oder Betriebssequenzen erforderlich wären.
Wie bereits erwähnt, lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft für laushaltsgeräte einsetzen, insbesondere als Betätigungsmittel für Fluidumlenkeinrichtungen beispielsweise bei Waschmittelabgabeeinrichtungen.
Ein weiterer Einsatzbereich sind Klima- und Wasserversorgungsanlagen im allegemeinen, bei denen die erfindungsgemäße Vorrichtung ein effektives Betätigungsmittel für Rohreinbauten oder -ventile mit unterschiedlichem Öffnungsgrad oder -winkel sein kann.
Schließlich wird der Fachmann bei der vorstehend als Beispiel beschriebenen Stellvorrichtung im Rahmen des Erfindungsgedankens viele Abwandlungsmöglichkeiten erkennen.
Beispielsweise könnten die thermischen Stelleinrichtungen der Vorrichtung einander gleich sein und eine unterschiedliche Plazierung der verschiedenen Hubendelemente vorgesehen werden, um mehrere verschiedene Betriebsstellungen zu erreichen. Ebenso könnten beide thermischen Stelleinrichtungen zwar denselben Kolbenhub haben, aber die Kolben in ihrer Ruhestellung unterschiedlich weit aus dem Körper der eweiligen thermischen Stelleinrichtung ragen.
Außerdem könnten die thermischen Stelleinrichtungen zur Erzielung mehrerer Betriebsstellungen so angeordnet werden, dass ihr Kolben jeweils in dieselbe Richtung wirkt.
Ferner könnten die Vorrichtung auch nach dem Baukastenprinzip aufgebaut sein und mehrere gleichartige Vorrichtungen in Reihe geschaltet werden; beispielsweise könnte das Startmodul das Tragelement, eine Feder, einen Teil des bewegbaren Körpers und eine einstückig mit ihm verbundene thermische Stelleinrichtung haben. Mit diesem Teil des bewegbaren Körpers würden dann weitere Module verbunden werden, von denen jedes einen anderen Teil des bewegbaren Körpers mit zugehöriger thermischer Stelleinrichtung, Achse und Federelement aufweist, um sowohl den Gesamthub als auch die Anzahl der Zwischenstellungen der Vorrichtung zu erhöhen. Die verschiedenen in Reihe geschalteten Vorrichtungen könnten dann in einen weiteren bewegbaren Körper eingesetzt werden, in dem die einzelnen Körper 2 bewegbar wären.
Außerdem liegt es auf der Hand, dass Druckstellmodule (Fig. 1 bis 4) und Zug- Stellmodule (Fig. 4 bis 8) miteinander kombiniert werden könnten.

Claims

1. Stellvorrichtung, enthaltend:

- zumindest eine erste und eine zweite thermische Stelleinrichtung (3, 5; 3A, 5A) von denen jede aufweist:

- ein Gehäuse, welches ein Wärmeausdehnungsmaterial enthält,

- ein elektrisches Heizelement (13, 14; 13A, 14A),

- Kontaktmittel (15, 16; 15A, 16A) für die Stromzufuhr zu dem Heizelement (13, 14; 13A, 14A),

- ein Druckelement (4, 6; 4A, 6A), das durch das Wärmeausdehrungsmaterial betätigt wird und das in der Lage ist, einen vorbestimmten Hub auszuführen,

- ein bewegbares Stellelement (7; 7A),

- ein Trag- oder Befestigungsmittel (9, 11; 9A; 11 A), wobei die Stelleinrichtungen (3, 5; 3A; 5A) mechanisch verbunden sind und das bewegbare Stellelement (7; 7A) in der Lage ist, mehrere stabile Arbeitsposition n einzunehmen, welche als Funktion des Vorhandenseins einer Stromzufuhr an den Kontaktmitteln (15, 16; 15A, 16A) der Stelleinrichtung (3, 5; 3A; 5A) erhalten werden, wodurch das bewegbare Stellelement (7; 7A) durch das Druckelement (4; 4A) der ersten Stelleinrichtung (3; 3A) betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse der ersten und der zweiten Stelleinrichtung (3, 5; 3A, 5A) einstückig mit einem Körper (2; 2A) ausgebildet ist, der gegenüber dem Trag- oder Befestigungsmittel (9, 11; 9A, 11A) in der Weise bewegbar ist, dass die zweite Stelleinrichtung (5; 5A) über ihr eigenes Druckelement (6; 6A) auf das Trag- oder Befestigungsmittel (9, 11; 9A, 11A) einwirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein einer elektrischer Stromzufuhr an den Kontaktmitteln (13) der ersten Stelleinrichtung (3; 3A) das entsprechende Druckelement (4) betätigt wird, um eine erste Translation des bewegbaren Stellelements (7) gegenüber dem bewegbaren Körper (2) zu bewirken, und dass bei Vorhandensein einer elektrischen Stromzufuhr an den Kontaktmitteln (14) der zweiten Stelleinrichtung (5) das entsprechende Druckelement (6) betätigt wird, um eine zweite Translation des bewegbaren Körpers (2) gegenüber dem Trag- oder Befestigungsmittel (9, 11) zu bewirken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Translation eine Bewegung des bewegbaren Stellelements (7) in Richtung der Außenseite des bewegbaren Körpers (2) bewirkt und dass die zweite Translation eine Bewegung des bewegbaren Körpers (2) weg von dem Trag- oder Befestigungsmittel (9, 11) bewirkt.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtungen (3, 5) einander gegenüberliegend angeordnet sind, so dass ihre entsprechenden Druckelemente (4, 6) in Richtung der Außenseite des bewegbaren Körpers (2) weisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass elastische Mittel (8, 10; 19A) vorgesehen sind, um eine Kraft entgegengesetzt dem Hub der Druckelemente (4, 6; 4A, 6A) bereitzustellen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes elastisches Element (8) zwischen dem bewegbaren Stellelement (7) und dem bewegbaren Körper (2) vorgesehen ist, um eine gerichtete Druckkraft auf das bewegbare Stellelement (7) entgegengesetzt zu der ersten Translation auszuüben.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem bewegbaren Körper (2) und dem Trag- oder Befestigungsmittel (9, 11) ein zweites elastisches Element (10) vorgesehen ist, um eine gerichtete Druckkraft entgegengesetzt zu der zweiten Translation auf den bewegbaren Körper (2) auszuüben.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Translation eine Bewegung des bewegbaren Stellelements (7A) in Richtung der Innenseite des bewegbaren Körpers (2A) bewirkt und dass die zweite Translation eine Bewegung des bewegbaren Körpers (2A), die diesen in die Nähe des Trag- oder Befestigungsmittels (9A, 11 A) bringt, bewirkt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtungen (3, 5) einander so gegenüberliegen, dass ihre entsprechenden Druckelemente (4, 6) in Richtung der Innenseite des bewegbaren Körpers (2) ausgerichtet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein elastisches Element (19A) zwischen dem bewegbaren Stellelement (7A) und dem Trag- oder Befestigungsmittel (9A, 11A) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen modularen Aufbau besitzt, damit mehrere einzelne Module in Reihe miteinander verbunden und der Gesamthub und/oder die Zahl der Zwischenpositionen der Vorrichtung selbst vergrößert werden können.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Positionssensor (20) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der Position des bewegbaren Stellelements (7; 7A) gegenüber dem Trag- oder Befestigungsmittel (9, 11; 9A, 11A) ein elektrisches Signal liefert, wobei der Positionssensor (20) insbesondere vom optischen Typ ist und wobei das elektrische Signal insbesondere ein binäres Signal ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Hub des Druckelements (4; 4A) der ersten Stelleinrichtung (3; 3A) gegenüber dem vorbestimmten Hub des Druckelements (6; 6A) der zweiten Stelleinrichtung (5; 5A) eine unterschiedliche Länge aufweist, wobei der Hub der ersten Stelleinrichtung im wesentlichen doppelt so groß ist wie der Hub der zweiten Stelleinrichtung.

14. Verfahren zum Erhalten entweder einer Druckkraft oder einer Zugkraft durch eine Stellvorrichtung (7; 7A), welche gegenüber einem Trag- oder Befestigungsmittel (9, 11; 9A; 11A) bewegbar ist, wobei das Verfahren auf den Einsatz der thermischen Stelleinrichtungen (3, 5; 3A, 5A) beruht, welche die folgenden Elemente aufweisen:

- ein Gehäuse, welches Wärmeausdehnungsmaterial enthält,

- ein elektrisches Heizelement (13, 14; 13A, 14A),

- ein Druckelement (4, 6; 4A, 6A), welches durch das Wärmea sdehnungsmaterial betätigt wird und welches in der Lage ist, einen vorbestimmten Hub in der Weise auszuführen, dass das Druckelement (4; 4A) einer der Stelleinrichtungen (3; 3A) in der Lage ist, eine Translation des bewegbaren Stellmittels (7, 7A) gegenüber dem bewegbaren Körper (2; 2A) zu erzeugen, und dass das Druckelement (5; 5A) der anderen Stelleinrichtung (5; 5A) in der Lage ist, eine Translation des Körpers (2; 2A) gegenüber dem Trag- oder Befestigungsmittel (9, 11; 9A, 11A) zu erzeugen, wobei mehrere Arbeitspositionen für die bewegbaren Stellmittel (7; 7A) als Funktion des Vorhandenseins der Stromzufuhr an den Kontaktmitteln (15, 16; 15A, 16A) der einen Stelleinrichtung (3; 3A) oder der anderen Stelleinrichtung (5; 5A) oder mehr als einer der Stelleinrichtungen (3, 5; 3A, 5A) erzielt werden,

gekennzeichnet durch Zusammenfügen der Gehäuse der Stelleinrichtungen (3, 5; 3A, 5A) in dem gleichen Körper (2; 2A), um ein einstückiges Teil hieraus zu bilden, wobei der Körper gegenüber dem Trag- oder Befestigungemittel (9, 11; 9A, 11A) bewegbar ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass:

- bei Vorhandensein eines elektrischen Stroms nur an den Kontaktmitteln (13; 13A) der ersten Stelleinrichtung (3; 3A) das bewegbare Stellmittel (T; 7A) eine erste Position (I) gegenüber dem Trag- oder Befestigungsmittel (9, 11; 9A, 11A) einnimmt;

- bei Vorhandensein eines elektrischen Stroms nur an den Kontaktmitteln (14; 14A) der zweiten Stelleinrichtung (5; 5A) das bewegbare Stellmittel (7; 7A) eine zweite Position (11) gegenüber dem Trag- oder Befestigungsmittel (9, 11; 9A, 11A) einnimmt;

- bei Vorhandensein eines elektrischen Stroms an den Kontaktmitteln (13, 14; 13A, 14A) beider Stelleinrichtungen (3, 5; 3A, 5A) das bewegbare Stellmittel (T; 7A) eine dritte Position (III) gegenüber dem Trag- oder Befestigungsmittel (9, 11; 9A, 11A) einnimmt.

16. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass:

- die erste Position (I) ca. ein Drittel des Maximalhubes des bewegbaren Steilmittels (7, 7A) gegenüber dem Trag- oder Befestigungsmittel 19, 11; 9A, 11 A) überdeckt,

- die zweite Position (II) ca. zwei Drittel des Maximalhubes des bewegbaren Stellmittels (7, 7A) gegenüber dem Trag- oder Befestigungsmittel (9, 11; 9A, 11A) überdeckt;

- die dritte Position (III) den Maximalhub des bewegbaren Stellmittels (7, 7A) gegenüber dem Trag- oder Befestigungsmittel (9, 11; 9A 11A) überdeckt.