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Elektrisch betätigtes Ventil Die Erfindung betrifft ein elektrisch
betätigtes Ventil mit einem in einem einseitig durch eine Meinbran abgeschlossenenRaum
befindlichemNaßdampfmedium, welches in einem vorgegebenen Temperaturbereich im Naßdampfzustand
verharrt und durch einen elektrischen Heizkörper erwärmt wird, wobei die Membran
auf ein unter Federdruck stehendes bewegliches Verschlußteil einwirkt.
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Der Nachteil von bekannten Ventilen dieser Art besteht darin, daß
die Membranen in der Regel nur einen sehr geringen Hub aushalten, so daß die zulässige
Steuerbewegung nur klein ist.
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Neben der Verwendung von Membranen ist es auch bekannt Faltenbälge
zu verwenden, die mit dem Verschlußteil des Ventils direkt verbunden sind. Faltenbälge
haben jedoch in gleicher Weise wie Membranen nur einen begrenzten Hub und sind darüber
hinaus einer starken Abnutzung infolge Ermüdung des Materials unterworfen. Membranen
und Faltenbälgen ist darüber hinaus der Nachteil gemeinsam, daß sie gegenüber überdrucken
äußerst empfindlich sind, so daß sie beispielsweise dann zerstört werden können,
wenn sich der Bewegung des Verschlußteiles ein Hindernis entgegenstellt.
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Es ist nun ein Zweck der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Ventil
der genannten Art zu schaffen, bei welchem der auf das Verschlußteil übertragbare
Hub trotz eines geringen Membranhubes so groß ist, wie dies den üblichen Anforderungen
entspricht. Weiterhin soll vermieden werden, daß die Membran zerstört wird.
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Das elektrisch betätigte Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung ist
nun dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Verschlußteil verbundener Kolben vorgesehen
ist, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Membran, und daß der
Raum zwischen Kolben und Membran mit einer Druckübertragungsflüssigkeit gefüllt
ist.
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Durch die Verwendung einer auf der Gegenseite der Membran anliegenden
Druckübertragungsflüssigkeit kann zunächst an den Membranen kein Druckgradient entstehen,
so daß die Membran auch nicht zufolge von Überdruck zerstört werden kann. Weiterhin
wird durch die unterschiedlichen Durchmesser von Membran und Kolben erreicht, daß
ein vergleichsweise geringer Membranhub einern größeren Kolbenhub zugeordnet ist.
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Es sei erwähnt, daß sowohl hydraulisch betätigte Ventile mit Kolben
als auch hydraulische Druckübersetzer bekannt sind.
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Die Erfindung soll beispielsweise an Hand der Zeichnungen erläutert
werden. Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein elektrisch
betätigtes Ventil, Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teils des in Fig. 1
dargrestellten
Ventils, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Warmwasserheizung und
Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ventils.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ventil ist an einer Bodenplatte
1 beispielsweise mittels dreier Streben 2, von denen in Fig. 1 nur
eine eingezeichnet ist, ein Aufsatzteil 3 in einstellbarem Abstand befestigt.
An diesem Aufsatzteil 3 ist ein Zylinder 4 befestigt, in welchem ein Kolben
5 längsverschieblich angeordnet ist. Der Kolben 5 ist beispielsweise
mittels eines Dichtungsringes 6 gegen den Zylinder 4 abgedichtet. Der obere
Abschluß des Zylinders 4 wird v-on einer g e gelochten Platte 7 a
bildet. An den Zylinder 4 schließt sich ein Behälter 8 an, der durch eine
Membran 9 in zwei Teile aufgeteilt ist. Die Menibran 9 ist vorzugsweise
in der Mitte verstärkt und nur am Rande elastisch, wobei dieser Rand bei
10 wulstartig ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Wulst 10 aus einzelnen
biegsam metallischen Streifen gebildet, wobei die Zwischenräume zwischen den Streifen
durch eine Lage eines elastischen Materials, beispielsweise Gummi, abgedichtet sind.
Oberhalb der Membran 9 befindet sich in dem Behälter 8
ein elektrischer
Widerstand 11, der an Zuführungsstifte 12 und 13 angeschlossen ist
und durch diese gehalten wird. Der oberhalb der Membran 9 befindliche Raum
ist mit einem Naßdampfmedium gefüllt, welches
in Abhängigkeit von
seiner Temperatur einen mehr oder weniger starken Druck auf die Membran
9
ausübt.
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Der Teilraum unterhalb der Membran 9 ist beispielsweise mit
Wasser gefüllt und dient dazu, den Druck von der Membran 9 auf den Kolben
5 zu übertragen.
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Durch die beschriebene Anordnung wird erreicht, daß das Naßdampfmedium,
beispielsweise ein Fluorchlorkohlenwasserstoff, sich in einem völlig abgeschlossenen
Raum befindet.
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Der Durchmesser des Kolbens 5 ist kleiner als der der Membran
9, so daß eine kleine Membranbewegung einen großen Kolbenhub zur Folge hat.
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Durch die Bodenplatte 1 ist eine Stange 15 geführt,
welche am oberen Ende mit einem Federteller 16 fest verbunden ist. Eine Feder
17 stützt sich an dem Teller 16 und an der Bodenplatte 1 derart
ab, daß der Teller 16 nach oben gedrückt wird.
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Zwischen dem Kolben 5 und dem Teller 16 befindet sich
ein Zwischenstück 18.
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An dem Zwischenstück 18 ist ein Handgriff 20 befestigt, der
bei 21 drehbar an einer Strebe 2 befestigt ist. Rechts läuft der Handgriff 20 in
einen Kugelknopf 19 aus. In dem die Vorrichtung umschließenden Gehäuse
23 sind, wie auch aus Fig. 2 zu ersehen ist, drei sich seitlich an einen
Längsschlitz 24 anschließende Einbuchtungen 25 vorgesehen, mit denen der
Handgriff 20 auf entsprechende Stellungen gegen die Wirkung der Feder
17 arretiert werden kann. Wenn somit die elektrische Steueranlag ,e aus irgendeinem
Grund ausfallen sollte, kann das Ventil ohne weiteres auch von Hand eingestellt
werden.
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Die Stange 15 erstreckt sich durch die Bodenplatte
1 hindurch und trägt ein beispielsweise aus zwei Platten 26 und
27 gebildetes, bewegliches Verschlußteil. An der Unterseite der Bodenplatte
1 ist ein Ventilg ,ehäuse 28 mit einem Zufluß 29 und zwei Abflüssen
30 und 31 befestigt. Das Ventilgehäuse 28
ist so ausgebildet,
daß in einer Extremstellung der Stange 15 die Platte 27 den Abfluß
31 absperrt, so daß das in den Zufluß 29 einströmende Medium nur zu
dem Abfluß 30 gelangen kann, während in der anderen Extreinstellung die Platte
26 den Abfluß 30
abschließt, so daß das gesamte Medium in den Abfluß
31 gelangt.
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Während des Betriebes des Ventils wird durch den Widerstand
11 ein mehr oder weniger großer Strom geschickt. Der Widerstand erwärmt entsprechend
das in dem Behälter 8 befindliche Arbeitsmedium. Gleichzeitig fließt jedoch
Wärme von dem Behälter 8
ab. Damit die Außenwände des Behälters
8 von der umgebenden Luft gut gekühlt werden, können in dem Gehäuse
23 Fenster 23 a vorgesehen sein, die einen freien Luftaustausch mit
der Umgebung ermöglichen. Bereits nach relativ kurzer Zeit hat sich ein Gleichgewichtszustand
eingestellt, d. h., die durch den Widerstand 1.1 zugeführte Wärmemenge
ist gleich der Wärinemenge, die durch die Wände des Behälters 8 abgegeben
wird. Die diesem Gleichgewichtszustand entsprechende Temperatur ist maßgebend für
den Druck-, der über die Membran 9, den Kolben 5 und das Zwischenstück
18 auf die Stange 15
übertragen wird. Bei Erhöhung des Stromes durch
den Widerstand 11 steigt somit auch die der Feder 17 entgegenwirkende Kraft.
Bei der Verminderung des Stromes wird von den Außenwänden des Behälters
8
kurzzeitig mehr Wärme abgegeben als durch den Widerstand 11 zugeführt
wird, so daß die Temperatur des Arbeitsmediums in dem Behälter 8 abnimmt.
Infolge der guten Kühlung der Außenwände des Behälters 8 ist die erforderliche
Zeitspanne bis zur Herstellung eines neuen Gleichgewichtszustandes kurz.
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Das beschriebene Ventil eignet sich insbesondere für thermostatische
Steuerungen, wobei dann der den
Widerstand 11 erwärmende Strom in Abhängigkeit
von einer Temperatur gesteuert wird. Infolge der Erwärmung vom Inneren des das Arbeitsmedium
enthaltenden Behälters her und infolge der guten Ab-
kühlung der Außenwand
des Behälters durch die umgebende Luft stellt sich schnell ein Gleichgewichtszustand
ein. Nach welcher Zeit sich dieser Gleichgewichtszustand einstellt, hängt im Einzelfall
jedoch auch von der Zeitkonstante ab, mit der die gesteuerte Größe auf den den Strom
in dem Widerstand 11
steuernden Temperaturfühler einwirkt.
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In Fig. 3 ist das Schema einer Warmwasserheizung gezeigt, wobei
eine thermostatische Steuerung mittels des in den Fig. 1 und 2 gezeigten
Ventils erfolgt. Das heiße Wasser verläßt den Heizkanal 40 über eine Leitung 41
und gelangt zu Heizkörpern 42, von wo es zu einer Pumpe 43 fließt. Von hier gelangt
das Wasser über die auch in Fig. 1 mit 29 bezeichnete Zuflußleitung
zu dem hier mit 44 bezeichneten Ventil. In einem von der augenblicklichen Temperatur
des Naßdampfmediums gegebenen Verhältnis gelangt das Wasser nun zur Erwännung über
die Abflußleitung 30 in den Kessel oder über die Abflußleitung
31 zu den Heizkörpern 42 zurück. Je größer die in den Heizkessel 40 strömende
Wassermenge ist, um so stärker erwärmt sich das den Heizkörpern 42 zufließende Wasser
und um so mehr Wärme geben diese ab. Ein einstellbarer Temperaturfühler
32 reguliert den von einer Stromquelle 33 stammenden und durch den
Widerstand 11 fließenden Strom. Der Temperaturfühler 32 kann als Bimetallkontakt
oder als temperaturabhängiger Widerstand ausgebildet sein. Bei Ansteigen beispielsweise
der Außentemperatur erwärmt sich der Temperaturfühler 32, so daß auch der
Strom durch den Widerstand 11 abnimmt. Hierdurch nimmt der Druck des Naßdampfmediums
ab, wodurch sich die Platten 26 und 27 anheben. Es gelangt als Folge
hiervon ein größerer Prozentsatz des von der Pumpe 43 kommenden Wassers zu der Abflußleitung
31, so daß die Heizkörper weniger Wärme erhalten bzw. abgeben. Sinkt die
Temperatur des Fühlers 32, erhöht sich infolge stärkerer Wärmeabgabe des
Widerstandes 11 der Druck des Naßdampfmediums, so daß der Kolben
5 herabgedrückt wird und mehr Wasser zu dem Heizkanal 40 zurückgelangt.
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Ein Nachteil des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ventils besteht
darin, daß beim Verbrennen des elektrischen Widerstandserhitzers der Behälter
8, welcher das Naßdampfmedium enthält, geöffnet werden muß und anschließend,
d. h. nach dem Auswechseln des Widerstandes erneut das Naßdampfmedium in
der vorgegebenen Menge eingefüllt werden muß.
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Die Fig. 4 stellt ein Ventil in gleicher Ansicht wie Fig.
1 dar, welches den erwähnten Nachteil nicht aufweist. Gleiche Teile. sind
mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 belegt.
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Mit dem Aufsatztei13 ist ein Behälter8a verschraubt. Mit dem Behälter8a
ist das Gehäuse23 wie dargestellt verbunden.
Vom seitlichen Rand
her erstreckt sich in das Innere des Behälters 8a eine beispielsweise im Querschnitt
kreisförmige Hülse 50. Diese Hülse ist gegenüber dem Innern des Behälters
8a fest abgeschlossen und dient zur Aufnahme des Heizwiderstandes lla. Der Heizwiderstand
lla ist vorzugsweise so bemessen, daß er genau das Innere der Hülse50 ausfüllt,
so daß dem Wärmeübergang von dem Widerstand lla auf die Hülse50 praktisch kein Wärmewiderstand
entgegengesetzt wird. Die Hülse 50 ist vorzugsweise so angeordnet, daß sie
mindestens in einem Großteil des gesamten Temperaturbereiches mit der flüssigen
Komponente des Steuennediums in Kontakt bleibt.
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Durch die beschriebene Anordnung wird erreicht, daß nach Abnehmen
des Gehäuses 23 der Widerstand lla ohne Schwierigkeiten ausgewechselt werden
kann.