DD139640A5

DD139640A5 - Ventil fuer die fluessigkeitseinspritzung in einen kaeltemittelverdampfer

Info

Publication number: DD139640A5
Application number: DD78208639A
Authority: DD
Inventors: Zbigniew R Huelle; Leif Nielsen; Jakob S Jakobsen
Original assignee: Danfoss As
Priority date: 1977-11-03
Filing date: 1978-10-24
Publication date: 1980-01-09
Also published as: FR2408101A1; DK150250B; GB2008799B; DE2749250C3; JPS5813821B2; SE437424B; AU4128878A; IT1160902B; DE2749250B2; DK150250C; DE2749250A1; GB2008799A; IT7869511A0; JPS5474548A; FR2408101B1; DK478278A; CA1091940A; CH637203A5; US4475686A; SE7811363L

Description

Berlin_s den 8. 2. 1979 GZ.54 369 16

Ventil für die Flüssigkeitseinspritzung in einen Kälteini t'telverdampfer . . .

Anwendungsgebiet der, .Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für die Flüssigkeitseinspritzung in einen Kältemittelverdampfer, dessen Verschlußglied in Abhängigkeit von einem auf eine einen Druckbehälter abschließende, verlagerbare erste Druckfläche wirkenden, von einer Kenngröße des Verdampfers abhängigen, kontinuierlich änderbaren Dampfdruck eines Mediums und von einer in Gegenrichtung wirkenden Kraft einer Feder, gegebenenfalls auch dem auf eine zweite Druckfläche wirkenden Verdampferdruck j einen Gleichgewichtszustand einnimmt»

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist ein thermostatisches Expansionsventil bekannt _$ das einen teilweise mit einer dampfbildenden Flüss-igkeit gefüllten Fühler aufweist_e Dieser ist am Ende der "überhitzuiigsstrekke am Verdampferaustritt angebracht» Infolgedessen stellt sich im Fühler ein der gemessenen Temperatur entsprechender Dampfdruck, ein«' Dieser Dampfdruck wirkt auch in dem Druckbehälter» der an dem am Verdampfereintritt angeordneten Ventil angebracht ist j und damit auf die erste Druckfläche, die als Membran oder Balgboden ausgebildet sein kann« Auf der anderen Seite wirkt eine einstellbare Feder und. der Verdampf er druck«,

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Bei einem solchen Expansionsventil wird die Größe der statischen Überhitzung, also diejenige Temperaturdifferenz, bei der das Ventil zu öffnen beginnt, mit Hilfe der Feder eingestellt. Eine Anpassung der Überhitzung kann aber nur an der Einbaustelle vorgenommen werden. Will man eine andere Öffnungskennlinie erhalten, also insbesondere eine Kennlinie mit anderer Neigung, so muß die Einspritzdüse mit dem Ventilsitz geändert werden, was entweder einen Austausch des gesamten Yentils oder wenigstens des Düseneinsatzes zur Folge hate

Bekannt ist ferner ein thermostatischer Niveauregler für Kälteanlagen, bei dem ein in den Sammler eines überfluteten Verdampfers eingesetzter Fühler einen Heizkörper aufweist, der eine dampfbildende Flüssigkeit beheizt» Wird der Fühler von flüssigem Kältemittel benetzt, wird in erheblichem. Maße Wärme abgeführt. Infolgedessen stellen sich in Abhängigkeit von der Füllstandshöhe zwei unterschiedliche Dampfdrücke im Fühler und damit im Druckbehälter des thermostatischen Ventils ein* Hiermit ist jedoch nur eine Zweipunktregelung möglich, . .

Des weiteren ist ein thermohydraulisches Ventil für Heizungsanlagen o, dgl, bekannt j bei dem ein mit einem Ausdehnungsfluid gefüllter Ausdehnungsraum- einseitig durch einen mit dem Ventilschaft verbundenen Kolben' abgeschlossen ist<> In das Fluid tauchen Heiz- und/oder Kühlelemente, die zum Beeinflussen der Temperatur ..und damit des Volumens des Ausdehnungsfluids über eine Steuereinheit von einem Raumthermostaten mit Energie versorgt werden ₉ Die Temperatur des Au sei eh·™ . nungsfluids wird durch einen Temperaturfühler gemessen und an die Steuereinheit surüekgemeldet. Die Rückstellung des Ventils erfolgt mittels, einer. Feder.

«ie?

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Das Ziel der Erfindung besteht darin, das Ventil für viele Anwendungen optimal einsetzen und neue Regelmöglichkeiten realisieren zu können·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das eine wesentlich freiere Anpassung an verschiedene Betriebsbedingungen gestattet«

Diese Aufgabe'wird' erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Druckbehälter zur Festlegung des Dampfdrucks eine Heizvorrichtung, die von einer Steuereinheit mit Strom versorgt ist, und zur !Rückmeldung der für den Dampfdruck verantwortlichen Temperatur ein Temperaturfühler zugeordnet ist, daß das Medium so -gewählt ist, daß seine Temperatur bei einem einen Gleichgewichtszustand hervorrufenden Dampfdruck höher liegt als die Temperatur des Kältemittels im Ventil und/oder der Umgebungsluft und daß das Steuergerät Mittel.zur Änderung des Funktionszusejnmenhangs zwischen der einen Verdampfer-Kenngröße und dem Dampfdruck im Druckbehälter aufweist*

In ,ähnlicher Weise kann statt der Heizvorrichtung auch eine Kühlvorrichtung vorgesehen werden, z, B» ein Peltier-Element,.-dessen kalte Lötstelle im Druckbehälter angeordnet ist© Es muß äann dafür gesorgt-werden, daß die Temperatur des Mediums im Druckbehälter tiefer liegt als die Temperatur de/s Kältemittels oder der Umgebungsliift * . .

Während bei den bekannten, kontinuierlich verstellbaren thermostatischeη Ventilen mit flüssigkeits-Daapf-Füllung ein

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fester Jftinktioris-zusammenhang zwischen dem Dampfdruck und der gemessenen Temperatur besteht, ist es mit der Steuereinheit als Zwischenglied möglich, einen für den jeweiligen Anwen- :" dungszweck besser geeigneten Funlcbionszusammenhang zwischen der gemessenen Temperatur und dem Dampfdruck im Druckbehälter zu schaffen. Dies ergibt vielfältige Möglichkeiten_s die Ventilkennlinie zu ändern, sei es ihre Neigung oder die statische Überhitzung·.Es ist auch möglich, das Ventil in Abhängigkeit von mehr als der einen Verdampfer-Kenngröße zu steuern, wodurch sich völlig neuartige Eegelmöglichkeiten ergeben, insbesondere solche, die zu einer optimalen Eiillung des Verdampfers führen«, Weitere Möglichkeiten liegen in der Änderung des Einflusses des 'Evickmelde-Temperaturfühlers im Druckbehälter, der Änderung der Breite des Proportionalbereiches des Regelkreises und dergleichen«Wesentlich ist hierbei, daß all diese Eingriffe fernbedient werden können und daß der Abstand zwischen dem Ventil und dem zugehörigen !Fühler, der bisher durch die zulässige Länge des Kapillar— rohre.s begrenzt war, völlig beliebig gewählt werden kann*

Große Vorteile werden in der Herstellung dadurch erzielt, daß ein einziger Ventiltyp in Verbindung mit einer Steuereinheit sich für eine viel größere Anzahl von Verwendungszwecken als früher eignet _s z_c B_e dadurch, daß ein und dieselbe Düsen·™ größe für einen größeren Leistungsbereich oder ein und. dasselbe Ventil für mehrere verschiedene Kältemittel verwendet werden kann. Auch läßt sich ein und derselbe Druckbehälter für verschiedene Ventile anwenden» Im Ganzen-genommen erreicht man höhere Produktionszahlen und einen kleineren Lagerbestande

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Zweckmäßigerweise liegt die Temperatur des Mediums im Ar~ beitsbereich 298,15 K "bis 318,15 K, vorzugsweise 303,15'K.-bis 313j15 K, höher als die des Kältemittels» Insbesondere sollte sie auch etwas über der Umgebungstemperatur liegen» Hiermit ergibt sich eine große Reaktionsgeschwindigkeit« Trotzdem ist die zugeführte Wärmemenge nicht größer als unbedingt notwendig» Die Reaktionsgeschwindigkeit kann noch dadurch erhöht werden, daß der Druckbehälter über eine metallische Wärmeleitbrücke mit dem Ventilgehäuse verbunden ist. Des weiteren kann der Druckbehälter außen mit Kühlrippen versehen werden*

Die Heizvorrichtung kann durch eine Spirale aus Widerstandsdraht gebildet sein* Dieser Draht hat eine verhältnismäßig große Oberfläche zur Wärmeabgabe. Statt dessen oder zusätzlich kann ein PTG-Wider Standkörper verwendet v/erden« Dieser hat den Vorteil, daß bei zu hoher Leistungszufuhr eine automatische Strombegrenzung erfolgt« Des weiteren kann auch ein Leistungstransistor verwendet werden_s der das Medium durch seine Verlustleistung beheizt« Weitere Möglichkeiten bestehen darin, um den Druckbehälter eine Hochfrequenzspule anzuordnen und das Medium induktiv zu beheizen«. Bei einem elektrisch leitenden Medium kann man als Heizvorrichtung auch zwei Elektroden verwenden, die 'mit einem veränderbaren Wechselstrom belastet werden©

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist.dafür gesorgt* daß das Medium eine Plussigkeits-» und -eine Dampfphase aufweist, auch die Flüssigkeit.r>phase sich im Druckbehälter be-.-findet, und die Heiz.- oder Kühlvorrichtung und der Eüclniielde-Temperaturfühler vollständig in der Plüssigkeitsphase angeordnet sind·« Die Temperatur an der flüssigkeit sober fläche ist

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dann diejenige Temperatur_s die für den Dampfdruck verantwortlich, ist, gleichgültig wie groß der Dampfraum ist* Durch Anordnung der Teile in der Flüssigkeit ist ein besserer Wärmeübergang gewährleistet· ..

Ferner kann man den Druckbehälter zu erheblich mehr als der Hälfte j insbesondere zu etwa 70 %, mit der Flüssigkeitsphase füllen. Auf diese Weise ist es möglich, das Ventil in beliebiger Position anzuordnen, wobei sich Heiz- oder Kühlvorrichtung und Temperaturfühler j wenn sie etwa in der Mitte angeordnet sind, immer innerhalb der Flüssigkeitsphase befinden« Günstig ist beispielsweise ein Druckbehälter mit einem Rauminhalt von ca, 20 - 25 cm * Er kann insbesondere annähernd Kugelform haben.

Das Medium, kann auch ein festes Adsorbens und ein gasförmiges Adsorbat aufweisen* Bei einer solchen Adsorptionsfüllung wird das Gas in Abhängigkeit von der Temperatur aus dem Adsorbens ausgetrieben· Auch hierbei, ist der Dampfdruck im wesentlichen nur von der Temperatur abhängig«

Als Eückmelde-Temperaturfühler empfiehlt sich ein. HTO-Wider™ stand oder ein Thermoelement. Hierdurch wird die Steuereinheit gegengekoppelt, so daß Störeinflüsse vom Kältemittel oder von der Umgebungsluft rasch berücksichtigt werden»

Mit besonderem Vorteil wird die Basis-Emitter™Strecke des Leistungstransistors als ßückmeläe-Temperaturfühler verwendete weil dann Heisvorrichtung und Temperatur^übler in einem Element kombiniert werden« Dies ergibt eine einfachere jßäon-..

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tage, eine noch sichere Temperaturmessung und außerdem auch eine Sicherung gegen eine zu große Leistimgszufuhr«

Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Druckbehälter eine mehrpolige Durchführung auf, wobei der Temperaturfühler mit dem ersten Pol und dem zweiten Pol und der Heiawiderstand mit dem dritten Pol und dem vierten Pol oder der Masse des Druckbehälters verbunden ist« Insbesondere kann die mehrpolige Durchführung Steckstifte aufweisen, die_sdurch einen Isolierstift, v/ie Glas ^ isoliert _s einen schalenförmigen Deckel des Druckbehalt er s durchsetzen«, Dies ergibt eine einfache Montages da alle Bauteile an diesen Steckstiften befestigt werden können und denn der Deckel mit der Wand des Druckbehälters verschweißt werden kann«

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist an die Steuereinheit ein äußerer Temperaturfühler angeschlossen, der am Verdampf eraustritt anliegt und ein sich mit ändernder Temperatur kontinuierlich änderndes elektrisches Signal abgibt * Dieses Signa! kann in der Steuereinheit unmittelbar elektrisch verarbeitet werden«,

Des Y/eiteren kann die Steuereinheit einen Einstel?j.7/iderstanö aufweisen j mit dem der Anfiingspunkt der öffnnngskennlinie des Ventils verschiebbar ist* Des weiteren ksum sie -einen Einstellwiderstand aufweisen, mit dem. die.Heigung der Öff™ nungskennlinie des Ventils veränderbar ist * Dies ergibt bereits zahlreiche Anpaßiaögliclikeiten* .^:

Mit besonderem Vorteil ist an die Steuereinheit ein zweiter äußerer Temperaturfühler angeschlossen, der am 'Verdampf ereein-

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tritt anliegt« Wenn in der Steuereinheit die .Temperaturdif--. ferenz zwischen diesen beiden Fühlern ausgewertet wird, braucht auf der zweiten Druckfläche kein Verdampfungsdruck zu wirken? auf eine entsprechende Leitung, die diesen Verdampferdruck zuführt, kann daher verzichtet werden·

Des weiteren kann der erste äußere Temperaturfühler am Ende und ein weiterer äußerer Temperaturfühler, der ein &egenkopplungssignal abgibt, am Anfang der überhitzungsstrecke am Verdampferaustritt angeordnet sein* Auf diese .Weise wird etwaige Flüssigkeit am Verdampferaustritt früher festgestellt« Durch Gegenkopplung können etwaige Pendelungen gedämpft v/erden«

Außerdem kann an die Steuereinheit wenigstens ein in der Sauggasleitung am Verdampferaustritt angeordneter Flüssigkeits-Dampf-Fühler angeschlossen sein« Vorzugsweise geschieht dies dadurch, daß in.einem Austrittsrohr hinter dem Verdampfer am Anfang der Überhitzungsstrecke ein erster und an deren Ende ein zweiter Flüssigkeits-Dampf-Fühler, der bei nassem. Dampf ein anderes Signal als bei überhitztem Dampf abgibt, und dazwischen ein .Temperaturfühler-angeordnet ist«

Als äußerer Temperaturfühler können übliche Widerstandsfühler, z_c B* Έ1- oder Pt-Fühler_$ oder auch Thermoelemente verwendet werdenφ Für die Verwendung im Saugrohr eignen sich NTG-Wider ständeund kleine Ή±~~ Fühler *

Bei überfluteten Verdampfern ist es 'zweckmäßig,- wenn an die Steuereinheit ein Niveaufühler.-angeschlossen ist, der den Flüssigkeitsstand im Verdampfer mißt und ein sich mit änderndem Flüssigkeitsstand kontinuierlich änderndes elektri-

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sehes Signal abgibt« Auf diese Weise läßt sich die öffnungsstellung des Ventils in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand einstellen,»

Des weiteren kann an die Steuereinheit ein Positionsfühler angeschlossen sein, der die Lage des Yerschlußgliedes des Ventils feststellt und ein sich mit ändernder Lage kontinuierlich änderndes elektrisches Signal abgibt, Auf diese Weise erhalt man eine Rückkopplung, welche die Regelung stabilisierte ·

Niveaufühler und Positionsfühler können bezüglich des Signalgebers gleich aufgebaut sein· Beispielsweise kann ein Potentiometer verstellt werden oder eine Selbstinduktion o„ dgl.

Bei'einem.bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dafür gesorgt,' daß der Druckbehälter mit einem Oberteil des Ventilgehäuses eine Einheit bildet und lösbar mit einem einen auswechselbaren Ventilsitz-Einsatz versehenen Ventilgehäuse-Unterteil verbunden ist· Auf diese Weise läßt sich ein und derselbe Druckbehälter mit verschiedenen Ventilsitz- oder Düseneinsätzen oder mit verschiedenen Ventilgehäuse-Unterteilen konir« binderen* ·

Bs besteht auch die Möglichkeit₉ daß der Druckbehälter unterhalb der Membran ein Schraubgewinde zur Verbindung mit dem Ventilgehäuse aufweist* Auch auf diese Weise läßt sich ein und derselbe Druckbehälter in Verbindung mit verschiedenen Ventilen anwenden« All dies ergibt erhebliche EationalisierungsvorteilOe

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Mit Vorteil dient das Ventil als Pilotventil für ein Hauptventil. Hi-erbei kann es auf dem Deckel des Hauptventils montiert sein, wobei Pilotkanäle im Gehäuse und im Deckel des Hauptventils vorgesehen sind«

Die Steuereinheit kann einen beliebigen Aufbau haben«, Besonders empfehlenswert ist aber eine Steuereinheit mit den folgenden Bestandteilen:

a) eine erste Brückenschaltung mit einem äußeren Temperaturfühler-Widerstand und einem Potentiometer sovide einem ersten von deren Diagonalspannung über einen Einstellwiderstand gespeisten Verstärker,

b) eine zweite Brücken schaltung mit einem Eückmelde-Temperaturfühler-Wider stand und einem Justier-Potentioraeter sowie einem zweiten, von deren Diagonalspannung gespeisten Verstärker,

c) eine z¥/ei einstellbare Widerstände aufweisende Summationsschaltung, in der die Aus gangs signale des ersten und zweiten Verstärkers summiert v/erden, und

d) einen dritten, hiervon gespeisten Verstärker mit nachgeschalteten! Stromregler * der mit der Heiz- oder Kühlvorrichtung in Reihe liegt* :

Mit den genannten Einstellmöglichkeiten läßt sich eine Anpassung an die wichtigsten Regelprobleme erzielen_β Ein Eingriff an weiteren Stellenj zur Berücksichtigung v/eiterer Gesichtspunkte, ist ebenfalls möglich«, -

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Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläuterte Es zeigen:

Fig, 1: ein thermostatisches Expansionsventil gemäß der Erfindung mit Steuereinheit und zugehörigen Fühlern für einen Zwangsdur-chlauf verdampf er,

Ug₀ 2: eine abgewandelte Ausführungsform eines erfin-. dungsgemäßen Ventils_s

Pig» 3i ein erfindungsgemäßes Ventil als Pilotventil für ein servogesteuertes Hauptventil eines Zwangsdurchlaufverdampfersj

Pig« 4·: ein erfindungsgemäßes Ventil als Pilotventil für ein servogesteuertes Hauptventil eines überfluteten Verdampfers,

Fig. 5^: Ventilkennlinien für den Betrieb eines Zwangsdurchlaufverdampfers und

Fige 6ϊ eine Ausführungsform einer Schaltung' für die Steuereinheit.

Bin thermostatisches Expansionsventil 1 ist am Eintritt 2 eines Verdampfers 3 einer Kälteanlage angeordnet, dessen Austritt durch eine "überhitzungsstrecke 4'.gebildet ist, die über eine Saugleitung 5 mit einem Verdichter 6 verbunden ist* Dieser führt-über einen Kondensator ? wieder zum Expansionsventil«,

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Dieses Ventil weist ein Gehäuse 8 mit einem Eint ritt sr aum 9 und einem Austrittsraum 10 auf, zwischen denen sich ein auch als Düse "bezeichneter Ventilsitz 11 befindet. Das zugehörige Verschlußstück 12 steht einerseits unter dem Einfluß einer Feder 13, die mit Hilfe eines SchraubStutzens 14 justierbar ist und stützt sich andererseits unter Zwischenschaltung einer Druckplatte 15 an einer Membran 16 ab, die vom Dampfdruck p« in einem Druckbehälter 1? belastet ist· Der 'Raum 18 unterhalb der Membran ist mit einem Balgelement 19 versehen, das den Ventilschaft 20 derart abschließt, daß der Kondensatordruck keinen Einfluß auf die Ventilfunktion hat·

Der Druckbehälter 17 ist einstückig mit der Membran 16 und einem Flansch 21 mit Schraubgewinde 22 ausgebildet· Er kann daher vom Ventilgehäuse 8 abgeschraubt und auf ein anderes Ventilgehäuse aufgeschraubt werden« Der Druckbehälter 17 weist eine Kapsel 23 auf_? die oben durch eine Schale 24· abge« schlossen ist« Diese wird von drei Stiften 25$ 26 und 27 durchsetzt j i^elcne mittels einer Glasisolierung 28· in'Durchbrüchen der Schale gehalten sind, so daß sich eine elektrische Durchführung. 29 ergibt* Im Druckbehälter 17 befindet sich ein sweiphasiges Medium 30 mit einer Flüssigkeitsphase 30a und einer Dampfphase 3Ob₀ In der ülüssigkeitsphase ist ein Heizwiderstand 31 in der Form eines Heizwendeis untergebracht, der von Drahtträgern 32 gehalten wird« Außerdem befindet, sich in der Flüssigkeitsphase ein NTC-Widerstand 33? der als Bückmelde-Semp'eraturfühler dient. Dieser Fühler ist mit den Stiften 25 "und 26 verbunden$ der Eeizwiderstand 31 mit dem Stift 27 und der Masse äes Druckbehälters 17«

Masse und Stifte sind über vier Leitungen 3^ niit einer Steuereinheit 35 'verbunden, die einen Drehknopf 36 zur Sollwert-

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einstellung aufweist <> Des weiteren sind an die Steuereinheit drei äußere Temperaturfühler angeschlossen. Ein Fühler 37 liegt am Ende, ein weiterer Fühler 38 am Anfang der Über~ hitzungsstrecke 4e Hoch ein anderer Fühler 39 ist am Eintritt des Verdampfers vorgesehen· Hiermit läßt sich folgende Betriebsweise erreichen: Die Differenz der von den Fühlern 37 und 39 gemessenen Temperaturen ist ein genaues Maß für die Überüitzungstemperatur«, Mit'Hilfe' der Steiiereinheit 35 wird die Temperatur der Füllung 30 durch Beheizen des Heizwiderstandes 31 und damit der Dampfdruck p^ auf einem solchen Wert gehalten, daß das Expansionsventil 1 eine Öffnungsstellung einnimmt, bei der die gewünschte Überhitsungs™ temperatur annähernd konstant gehalten· wird. Mit Hilfe des Fühlers 38 wird erreicht, daß bei einem plötzlichen Kältebedarf und einem entsprechenden Öffnen des Ventils 1 der Schließvorgang bereits beginnt, wenn dieser Fühler 38 abgekühlt wird, weil am Beginn der Uberhitsungsstrecke 4 vom Kältemitteldaiapf noch flüssige Kältemitteltröpfchen mitgeführt werden. Zur Anpassung an unterschiedliche Ventilgrößenunterschiedliche Binbauorte und unterschiedliche Kältemittel können verschiedene Einstellungen an der Steuereinheit 35 vorgenommen werden, auf die in Verbindung mit den Fig. 5 "and 6 hingewiesen wird« Besonders wichtig, ist in diesem'Zusazämenhangj daß es unnötig ist, die Meaibran 16 von unten, durch den Verdampferdruck zu belasten^ weil der Kühler 39 einen ähnlichen Einfluß nimmt«

In Fig* 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform dargestellt, bed der für entsprechende (Peile dieselben Bezugszeichen wie in FIg₉ 1 verwendet werden» Das thermostatische Expansionsventil 40 'weist ein Gehäuse-Unterteil 41 auf, in welches

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ein den Ventilsitz 42 tragender Düseneinsatz 43 eingesetzt und mittels eines Gehäuseoberteils 44.festgehalten ist. An diesem Gehäuseoberteil ist mittels eines Flansches 45 der Druckbehälter 17 einstückig verbunden* Ein solches Oberteil kann demnach für verschiedene Düseneinsätze 43 und -verschiedene Gehäuseunterteile 41 verwendet werden. Das Yerschlußstück 46 weist einen Schaft 47 auf, der unter dem Einfluß einer Feder 48 steht und unter Zwischenschaltung eines Druckschuhs 49 an der Membran 16 anliegt· Diese steht von oben unter dem Dampfdruck p_f im Behälter 17 und unten unter dem Druck p_v im Raum 50_} der über einen Anschlußstutaen 44a mit dem Verdampfer verbunden ist«

Der Verdampferaustritt wird durch ein Eohr 51 gebildet, in welchem drei Fühler 52, 53 und 54 angeordnet sind, die über eine Leitungsverbindung 55 EdLt de*¹ Steuereinheit 35 verbunden sind, Die Fühler 52 und 54 stellen mit reinem Zweipunktverhalten fest, ob das Kältemittel überhitzt oder naß ist. Der Fühler 53 stellt die Temperatur des Kältemittels fest. Aus den Meßergebnissen und den Einstellungen in der Steuereinheit 35 läßt sich für jeden Betriebszustand ein Dampfdruck p^ erzeugen, der eine optimale Füllung des Verdampfers 3 zur Folge hat«

Bei dieser Ausführungsform ist in der Flüssigkeitsphase 30a ein leistungstransistor 56 angeordnet, der so mit Strom beschickt wird, daß seine Verlustleistung die Beheizung der Füllung 30 besorgt« Gleichzeitig dient der Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke dieses Transistors als Temperaturfühler^ da sich dieser Spannungsabfall s«, B_e bei einem Silizimatransistor mit 0_?02 V/°G ändert*

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Bei der Ausführungsform nach Fig, 3 wird ein servogesteuertes Hauptventil 57 von einem erfindungsgemäß ausgebildeten Pilotventil 58 gesteuert, wobei diese Anordnung beispielsweise an Stelle des Ventils 1 in ELg· 1 in eine Kälteanlage eingeschaltet werden kann. Der Druckbehälter 1? bildet eine Einheit mit dem Gehäuseoberteil 59 des Pilotventils 58. Zwischen dieses Oberteil und ein Gehäuseunterteil 60 ist ein Düsenein™ satz 61 geschaltet, der einen Ventilsitz 62 für das Verschlußstück 63 trägt· Der zugehörige Ventilschaft 64 steht unter der Belastung einer Feder 65, wird oben von einem Balg 66 umschlossen und liegt unter Zwischenschaltung des Druckschuhs 46 an der Membran 16 an» Ein Anschlußstutzen 67 verbindet den Ausgang des Pilotventils mit dem Verdampfer·

Das Hauptventil 37 v/eist ein Gehäuse 68 auf, das oben durch das Gehäuse-Unterteil 60 des Pilotventils 58 abgedeckt ist und einen Düseneinsatz 69 mit Ventilsitz 70 für ein Verschlußglied 7^ aufweist. Dieses ist mit einem Kolben 72 verbunden* der unter dem Einfluß einer Feder 73 und des Druckunterschiedes zwischen den Räumen 74 und 75 steht. Der "Raum 75 steht über eine Drossel 76 mit dem Eintrittsraum 9 und über eine weitere Drossel 77 mit dem Raum 74 in Verbindung» Dieser bildet gleichzeitig den Eintrittsraum für das Pilot*-· ventil«. Zwischen die Feder 73 und das 'verschlußglied 63 ist eine Stützplatte 78 gelegt«

Wenn durch einen vorgegebenen Dampfdruck p., im Druckbehälter 17 dem Verschlußglied 63 eine bestimmte Stellung gegeben ist$ strömt Kältemittel über die Drosselstellen 76, 77 und den Ventilsita 62 des Pilotventils 58 in den Verdampfer«

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Die Menge des Kältemittels und damit der Druckabfall an der Drossel 77 hängt von der Öffnungsstellung des Pilotventils ab· Der Kolben 72 nimmt eine Gleichgewichtsstellung ein, in der dieser Druckabfall multipliziert mit der Kolbenfläche der Kraft der Feder 73 entspricht. Infolgedessen wird das Hauptventil 57 dem Pilotventil 58 nachgeführt·

Der Druckbehälter 17 ist außen mit Kühlrippen 17a versehen. Zum Zweck der Abkühlung kann daher nicht nur Wärme über die Wärme leit brücke an das Pilotventil 58, sondern auch an die Umgebungsluft abgeführt werden·

Bei der Ausführungsform nach Fig«, 4 ist ein servo gesteuertes Hauptventil 79 mit einem Pilotventil 80 zur Speisung eines überfluteten Verdampfers 81 vorgesehen« Sowohl der Flüssigkeitsraum 82 als auch der Dampf raum 83 sind über .je eine Leitung mit einem Niveaufühler 84· verbunden, der einen Schwimmer 85 mit einem Anker· 86 aufweist« Dieser greift in einen Signalgeber 87 in der Form einer Magnetspule, die über eine,Leitung 88 mit der Steuereinheit 35 verbunden ist·' Ein ähnlicher Signalgeber 89 wird von einem mit dem Yerschlußstück 90 des Hauptventils 79 verbundenen Anker 91 betätigt· Er dient als Positionsgeber 92 und ist über eine Leitung 93 mit der Steuereinheit 35 verbunden» Im übrigen ist das Hauptventil 79 recht ähnlich aufgebaut wie das Hauptventil 57« Es gibt demnach ein Gehäuse 9^₅ einen Düseneinsatz 95 mit Ventilsitz 95. einen Kolben 97* eine Feder 93 und zwei Drosselstellen 99 und 100« Der Raum 101 oberhalb des Kolbens ist gleichseitig der Eintrittsraum des Pilotventils 80* Er'wird durch einen Deckel 102 abgeschlossen, in welchem ein PiIotkanal 103 vorgesehen ist, der über einen Pilotka™

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nal 104 im Ventilgehäuse 94 mit dem Ausgangsräum 10 verbunden ist.

Im. Gehäuse 105 des Pilotventils, das in den Deckel 102 einschraubbar ist, befinden sich exzentrische Kanäle 106 und ein zentrischer Kanal 107, der vom Ventilschaft durchsetzt wircL Das Verschluß stück 108 wirkt mit einesi Ventilsita 109 zusammen« Eine ]?eder 110 belastet den Ventilschaft·.

Auch bei dieser Anordnung folgt das Hauptventil Änderungen des Pilotventils_β Dieses verstellt sich in Abhängigkeit vom Dampfdruck p~ im Behälter 17» vom Verdampferdruck p_ unterhalb der Membran 16 und von der Eeder 110« Insgesamt ergeben sich mehrere Rückkopplungen im Sinne einer Kaskadenregelung« Zunächstbildet die Feder 98 eine Euckkopplungsfeder zwischen dem Kolben 97 des Hauptventils 79 und dem Verschlußglied 108 des Pilotventils 80* Des weiteren gibt der Positionsfühler 92 ein Lagesignal und der Niveaufühler 84 ein lüllstandssignal an die Steuereinheit 35« Schließlich ist eine dritte Bückkopplung mit Hilfe des (Temperaturfühlers 33 gegeben, die solche Störungen kompensiert , die von der Umgebungstemperatur oder geänderten Abkühlungsverhältnissen aufgrund des durch das Ventil fließenden Kältemittels verursacht sind β

Geht man bei der Ausführungsform der Pig« 1 von der vereinfachenden Annahme aus, daß lediglich die Fühler 37 und 39 vorhanden sind, dann kann man Ventilkennlinien auftragen, in. denen die Durchflußinenge Q über der Überhitzüngstemperatur &t aufgetragen ist* Für eine bestimmte Einstellung ergibt sich eine Kennlinie A mit einer vorgegebenen statischen überhitzung a. Durch, eine Einstellung an der Steuereinheit 35

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laßt sich diese statische Überhitzung verkleinern (b) oder vergrößern (c), wodurch sich parallel verschobene Kennlinien B bzw. G ergeben.

Darüber hinaus läßt sich mittels der Steuereinheit '35 auch die Neigung der Kennlinien verändern, so daß sich die Kennlinien D und E einstellen lassen· Selbstverständlich kann auch gleichzeitig die statische Überhitzung und die Neigung der Kennlinie geändert werden» .

Ein Schaltungsbeispiel für die Steuereinheit der Fig* 1 ist in "Bigc 6 veranschaulicht. Eine erste Brücke B1 ist unter Verwendung von Vorschaltwiderständen E1 und R2 zwischen die Klemmen V+ und V- für die positive und negative Spannung gelegt· Die Brücke weist in ihrem einen Zweig einen temperaturabhängigen Widerstand R3, der dem Fühler 39 entspricht, ein Potentiometer R4-, das zur Einstellung der statischen Überhitzung dient, und einen temperaturabhängiges Widerstand E5, der dem Fühler 37 entspricht, auf· Der andere Zweig besteht aus zwei festen Widerständen E6 und E7, welche den geerdeten Bezugspunkt der Brücke B1 festlegt» Die beiden Diagonalspannungen werden über je einen Widerstand RS und E9 an die beiden Eingänge eines ersten Verstärkers A1 gelegt· Der Widerstand R8 ist einstellbar, um auf diese Weise den Verstärkungsfaktor zu ändern und damit die Neigung der Kennlinie su ändern» Der invertierende Eingang ist über einen Widerstand EIO₁ einen Einstellwiderstand E11 und einen festen Widerstand S1D mit dem geerdeten Bezugspunkt verbunden« Zwischen den "widerständen E10 und RH zweigt die Reihenschaltung eines Kondensators C1, eines Einstellwider stand es E13 und eines festen Widerstandes R14 ebenfalls zum geerdeten Bezugspunktab» ... -..- '".

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Eine zweite Brücke B2 liegt unter Verwendung von Vorwiderständen RI5 und E16 zwischen den Spannungsquellen Vh- und V-* Sie weist in dem einen Zweig einen temperaturabhängigen Widerstand E16 auf, der dem. Fühlerwiderstand 30 entspricht, ferner ein Potentiometer E17? iait dem eine Justierung möglich ist, und einen festen Widerstand E18. Der andere Zweig besteht aus zwei Widerständen EI9 und E20, zwischen denen sich ein geerdeter Bezugspunkt ergibt_o Die Diagonalpunkte sind über die Widerstände E21 und E22 mit den Eingängen eines zweiten Verstärkers A2 verbunden, der mit einem Gegenkopplungswiderstand E23 versehen ist·

In einer Summationsschaltung S, die zwei einstellbare Widerstände E24· und E25 aufweist, über die die Ausgangssignale der beiden Verstärker A1 und A2 einem dritten Verstärker A3 zugeführt werden, dessen anderer Eingang über einen Widerstand E26 an dem geerdeten Bezugspunkt liegt«. Der Ausgang dieses Verstärkers ist über einen Widerstand E2? mit einem aus zwei Transistoren Tr1 und Tr2 in Darlington-Schaltung bestehenden Transistorverstärker verbunden* In Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Tr2 liegt ein Heizwiderstand E28» der dein Widerstand 29 entspricht. Das Emitterpotential wird über einen Widerstand E29 an. den invertierenden Eingang des Verstärkers A3 rückgeführt.

Diese Schaltang ermöglicht eine proportionale Leistungsver-Stärkung der am nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers A3 addierten Spannungen aus den beiden Operationsverstärkern Al und A2, Mit Hilfe der veränderbaren Widerstände E24 und E25 ist es möglichs die Einflüsse aus den beiden Brücken BI und B2 mit unterschiedlichem Gewicht zu berücksichtigen«, Mit

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Hilfe der Widerstände R11 und F13 läßt sich' der Proportionalitätsfaktor und die Integrationskonstante beim Verstärker A1 einstellen. Insgesamt läßt, sich auf diese Weise eine Regelung erreichen, bei der der Integrationskondensator 01 keine sehr großen Werte annehmen mußo

Der Drehknopf 36 kann dem Potentiometer R4 zugeordnet werden. Für den Binstellwiderstand E8 kann ein z?/eiter Drehknopf vorgesehen werden. Auch für die linde rung der Seglerkonstanten mit den Widerständen R11 und R13 können entsprechende Stellknöpfe vorgesehen werden, es besteht aber auch die Möglichkeit, diese Verstellung automatisch im Sinne einer adaptiven Regelung vorzunehmen© Es bedarf nur geringfügiger Modifikationen5 wenn als Temperaturfühler 33 ^e^ⁿ Thermoelement eingesetzt wird oder wenn der Heizwiderstand 32 durch einen Leistungstransistor 56 ersetzt wird. Auch wenn statt einer Heizvorrichtung eine Kühlvorrichtung verwendet wird, erfordert dies nur geringfügige Änderungen an der gesamten Schaltung· Das gleiche gilt, wenn zur Beeinflussung des Regelverhaltens weitere Fühler vorhanden sind, diese können gleichsinnig mit den Widerständen R11 und R13 wirken.

Claims

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1* Ventil für die Flüssigkeitseinspritzung in einen Kältemittelverdampfer., dessen Verschlußglied in Abhängigkeit · von einem auf eine einen Druckbehälter abschließende, verlagerbare erste Druckfläche wirkenden, von einer Kenngröße des Verdampfers abhängigen, kontinuierlich änderbaren . Dampfdruck eines Mediums und von einer in Gegenrichtung wirkenden Kraft einer Feder, gegebenenfalls auch dem auf eine zweite Druckfläche wirkenden Verdampferdruck, einen Gleichgewichtszustand einnimmt, gekennzeichnet dadurch, daß dem Druckbehälter (17) zur Festlegung des Dampfdrucks eine Heizvorrichtung (31; 56) oder eine Kühlvorrichtung_} die von einer Steuereinheit (35)'wit Strom versorgt ist, und zur Rückmeldung der für den Dampfdruck (p^) verantwortlichen Temperatur ein Temperaturfühler (33; 56) zugeordnet ist, daß das Medium (30) so gewählt'ist, daß seine Temperatur bei einem einen Gleichgewichtszustand hervorrufenden Dampfdruck bei Einsatz der Heizvorrichtung höher und bei Einsatz der Kühlvorrichtung tiefer liegt als die Temperatur des Kältemittels im Ventil und/oder der Umgebungsluft und daß das Steuergerät Mittel (R5; -BB) zur Änderung des lunktiönszusanimenhangs zwischen der einen Verdampfer-Kenngröße und dem Dampfdruck im Druckbehälter aufweist*

2« Ventil nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ..die Tem» peratur des Mediums (30) im Arbeitsbereich 293,1ß K bis 318j15 K, vorsugsweise 3O3_s15 K bis 313,15 K, höher liegt als die Temperatur des Kältemittels₀

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3· Ventil nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Tem- . peratur des Mediums (30) im Arbeitsbereich etwas über der Umgebungstemperatur liegt.

4-O Ventil nach einem der Punkte 1 bis 3> gekennzeichnet dadurch, daß die Heizvorrichtung durch einen Wendel (31) aus Widerstandsdraht gebildet ist©

5· Ventil nach einem der Punkte 1 bis 4·, gekennzeichnet dadurch, daß die Heizvorrichtung durch einen PTC-Widerstandskörper gebildet ist*

6ο Ventil nach eUnem der Punkte 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Heizvorrichtung durch einen Leistungstransistor (5S) gebildet ist·

7« Ventil nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kühlvorrichtung durch ein Peltierelement gebildet ist.

8. Ventil nach einem der Punkte 1 bis 7» gekennzeichnet dadurch, daß das Medium (30) eine Flüssigkeits- und eine Dampfphase (30aj 3Ob) aufweist, auch die !Flüssigkeits~ phase sich im Druckbehälter (17) befindet und die Heis- oder Kühlvorrichtung (31 j 56) und der Rückmelde-Semperaturfühler (33i 56) vollständig in der Flüssigkeitsphase angeordnet sind«
9. Ventil nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckbehälter (17) zu erheblich mehr als der Hälfte, insbesondere zu etwa 70 %, mit der Flüssigkeitsphase (3Oa) gefüllt istο

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1Ο« Ventil nach einem der Punkte 1 bis 7» gekennzeichnet da durch, daß das Medium ein festes Adsorbens und ein gasförmiges Adsorbent aufweist©

β Ventil nach einem der Punkte 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß der Rückmelde-Temperaturfühler (33) Wi der stand ist.

Ventil nach einem der Punkte. 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß der Eückmelde-Temperaturfühler (33) Thermoelement ist·

13* Ventil nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Rückmelde-Temperaturfühler durch die Basis-Smitter-Strecke des Leistungstransistors (56) gebildet ist«»

14* Ventil nach einem der Punkte 1 bis 13, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckbehälter (17) über eine metallische Wärmeleitbrücke mit dem Ventilgehäuse (8; 44; 59 > 105) verbunden ist*

15· Ventil nach einem der Punkte 1 bis 14, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckbehälter (17) außen mit Kühlrippen (17a) versehen ist« .
16. Ventil nach einem der Punkte 1 bis 15» gekennzeichnet dadurch, daß der 'Druckbehälter (17) eine mehrpolige Durchführung (29) aufweist, wobei der Temperaturfühler (33) iflit deia ersten Pol und dem zweiten Pol und der Heizwiderstand (31) mit dem dritten Pol und dem vierten Pol oder der Masse des Druckbehälters verbunden ist..

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· ' ^;. ' _;. - 24- ' .-' . . ;.
17. Ventil nach einem der Punkte 1 bis 16, gekennzeichnet dadurch, daß die mehrpolige Durchführung (29) Steckstifte (25» 26; 27) aufweist, die, durch einen Isolierstoff (28), wie Glas, isoliert, einen schalenförmigen

. Deckel (24) des Druckbehälters (17) durchsetzen·

18, Ventil nach einem der Punkte 1 bis 17, gekennzeichnet dadurch, daß an die Steuereinheit (35) ei-Ώ. äußerer Temperaturfühler (37) angeschlossen ist, der am Verdampfer— austritt (4) anliegt und ein sich mit ändernder Temperatur kontinuierlich änderndes elektrisches Signal abgibt«

19· Ventil nach Punkt 18, gekennzeichnet dadurch, daß die Steuereinheit (35) einen Einstellwider stand (R4) aufweist, mit dem der Anfangspunkt der Öffnungskennlinie (Aj Bj C) des Ventils verschiebbar ist·

20_o Ventil nach Punkt 18 oder 19_S gekennzeichnet dadurch, daß die Steuereinheit .(35) einen Einstellwiderstand (ES) aufweist_$ mit dem die Neigung der .Öffnungskezmlinie (Cj Dj E) des Ventils veränderbar ist»

2I₀- Ventil nach einem der Punkte 18 bis 20, .gekennzeichnet dadurch, daß an die Steuereinheit (35) ein zweiter äußerer Temperaturfühler (39) angeschlossen ist, der am Verdampfereintritt (2) liegt·

22ο Ventil nach einem der Punkte 18 bis 20, gekennzeichnet dadurch, daß die Steuereinheit (35) den Dampfdruck (p^) im Druckbehälter'(17) als Funktion der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperaturfühlern (371 39) einstellt«

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23· Ventil nach einem der Punkte 18 bis 22, gekennzeichnet dadurch, daß der erste äußere Temperaturfühler (37) &m Ende und ein weiterer äußerer Temperaturfühler (38), der ein Gegenkopplungssignal abgibt, am Anfang der überhitzungsstrecke am Verdampferaustritt (4) angeordnet ist*

24* Ventil nach einem der Punkte 1 bis 22, gekennzeichnet dadurch, daß an die Steuereinheit (35) wenigstens ein in der Sauggasleitung (51) am Verdampferaustritt angeordneter Flüssigkeits-Dampf-Fühler (52? 5^) angeschlossen ist,

25· Ventil nach einem der Punkte 1 bis 24, gekennzeichnet dadurch, daß am Anfang der Überhitzungsstrecke ein erster (5²O und an deren Ende ein in einem Austrittsrohr (51) hinter dem Verdampfer zweiter (52) Plüssigkeits-Dainpf-Fahler, der bei nassem Dampf ein anderes Signal als bei überhitztem Dampf abgibt, und dazwischen ein Temperaturfühler (53) angeordnet ist·

26· Ventil nach einem der Punkte 1 bis I7, gekennzeichnet dadurch, daß an die Steuereinheit (35) ein Niveaufühler (84) angeschlossen ist, der den "Flüssigkeitsstand im Verdampfer (81) mißt und ein sich mit änderndem. Flüssigkeitsstand kontinuierlich änderndes elektrisches Signal abgibtβ

27» Ventil nach Punkt 26, gekennzeichnet dadurch_s daß an die Steuereinheit (35) ©in Positionsfühler (92) angeschlossen ist, der die Lage des Verschlußgliedes (90) des Ventils feststellt und ein sich mit ändernder Lage kontinuierlich änderndes elektrisches Signal abgibt«

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28. Ventil nach Punkt 26 und 27» gekennzeichnet dadurch, daß Niveaufühler (84·) und Positionsfühler (92) bezüglich des Signalgebers (87; 89) gleich aufgebaut sind.

29· Ventil nach einem der Punkte 1 bis 27, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckbehälter (17) mit einem Oberteil (44-) des Ventilgehäuses eine-Einheit bildet und lösbar mit einem einen auswechselbaren Ventilsitz-Einsatz (4-3) versehenen Ventilgehäuse-Unterteil (4-1) verbunden ist»

30· Ventil nach einem der Punkte 1 bis 28, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckbehälter (17) unterhalb der Membran (16) ein Schraubgewinde (22) zur Verbindung mit dem Ventilgehäuse (8) aufweist.

31» Ventil nach einem der Punkte 1 bis 30, gekennzeichnet durch, daß es als Pilotventil (58; 80) für ein Hauptventil (57; 79) dient· '

32· Ventil nach Punkt 31» gekennzeichnet dadurch, daß es auf dem Deckel (1o2) des Hauptventils (79) montiert ist und Pilotkanäle-(103; 104·) im Gehäuse (94) und im Deckel des Hauptventils vorgesehen sind*

33· Ventil nach einem der ,Punkte 1 bis 31» gekennzeichnet da durch, daß die Steuereinheit (35)

eine erste Brückenschaltung (B1) mit einem äußeren Temperaturfühler-Widerstand (R5) und einem Potentiometer (E4) sowie einem ersten von deren Diagonalspannung über einen Einstellwiderstand (B3) gespeisten Verstärker (A1.)

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eine zweite Brückenschaltung (B2) mit einem Rückmelde- !Pemperaturfühler-Widerstand (E16) und einem Justier~Potentiometer (R17) sowie einem zv/eiten, von deren Diagonalspannung gespeisten Verstärker (A2), eine zwei einstellbare Widerstände (B24; E25) aufweisende Summationsschaltung (S), in der die Ausgangssignale des ersten und zweiten Verstärkers (A1| A2) summiert werden,
und

einen dritten, hiervon gespeisten Verstärker (A3) mit nachgeschaltetem Stromregler (Tr1; Tr2), der mit der Heiz- oder Kühlvorrichtung (R28) in Eeihe liegt, aufweist ο

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