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Thermostatisch betätigte Ventile werden in großem Thermostatisch betätigtes
Ventil Umfang benutzt, um den Zu- oder Abfluß eines Wärmeträgers in Abhängigkeit
von der Temperatur des durch den Wärmeträger zu beeinflussenden Raumes zu regeln.
Ein typisches Beispiel hierfür sind thermostatisah betätigte Heizkörperventile,
die in. Abhängigkeit von der Raumtemperatur geregelt werden. Bei einem Fehler im
oder am thermostatischen System oder auch unter besonders ungünstigen, unvorhergesehenen
Umständen, z. B. wenn der Fühler bei geöffnetem Fenster von kalter Zugluft getroffen
wird, kann es vorkommen, daß das Ventil öffnet und den Wärmeträger ungehindert durch
den Heizkörper treten läßt, obgleich die Raumtemperatur eine solche Heizleistung
nicht erfordert. Das Heizmedium wird dann wenig gekühlt und ist beim Austritt unnötig
heiß.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß diesem Mangel begegnet
werden kann, wenn es gelingt, ein zweites thermostatisches System vorzusehen, das
in Abhängigkeit von der Temperatur des das Ventil durchströmenden Mediums betätigt
wird und bei Erreichen einer bestimmten Grenztemperatur dieses Mediums (Sicherheitstemperatur)
das Ventil schließt, aber im normalen Betrieb die Wirkungsweise des ersten Systems
nicht beeinflußt, sondern lediglich bei der Grenztemperatur wirksam wird.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe und erlaubt es, das zweite theimostatische
System ohne Schwierigkeiten in Verbindung mit den bekannten Ventilen zu verwenden,
die bisher nur in Abhängigkeit von einer einzigen Temperatur geregelt wurden, bei
denen also lediglich das eine Ende des Ventilstößels für den Angriff der Betätigung
zur Verfügung steht.
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Es ist bereits bekannt, ein Ventil in Abhängigkeit von zwei Temperaturen
zu steuern. So ist es beispielsweise üblich, an das einzige Betätigungselement eines
Thermostatventils zwei Fühler anzuschließen. Hierbei überlagern sich die Einflüsse
der beiden Fühler, und das Ventil bewegt sich in Abhängigkeit von der Summe beider
Einflüsse. Umgekehrt ist es bei Ventilen mit Kompensationssystem, bei denen der
Einfluß des Wärmeträgers auf das Dehnmedium durch ein in entgegengesetzter Richtung
arbeitendes, ebenfalls vom Wärmeträger beeinflußtes System ausgeglichen wird. Hierbei
unterliegt das Ventil also der Differenz der Einflüsse beider Temperaturen. Beide
Regelungsarten eignen sich nicht für den vorliegenden Anwendungszweck, weil auch
im normalen Regelbereich beide Temperaturen wirksam sind.
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Des weiteren sind Kondensatableitventile bekannt, die in Abhängigkeit
von der Raumtemperatur regeln und außerdem beim Auftreten von Dampf sofort schließen.
In den meisten Fällen sind die beiden Betätigungssysteme parallel geschaltet; so
daß jeweils der Einfluß des stärkeren Systems überwiegt. Dies erfordert zumindest
zwei Angriffsstellen an der Ventilspindel. Grundsätzlich handelt es sich aber um
Sonderkonstruktionen, bei denen das Doppelbetäti gungssystem nicht einfach als Ersatz
für ein Einzel-Betätigungssystem eingebaut werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die eingangs geschilderte Aufgabe bei einem thermostatisch
betätigten Ventil, das über zwei thermostatische Systeme von einer ersten Temperatur
und von der Temperatur des das Ventil durchströmenden Mediums gesteuert wird, dadurch
gelöst, daß zwischen das Arbeitselement des einen Systems und den Ventilstößel das
Arbeitselement des zweiten Systems geschaltet und der Hub des Arbeitselements des
zweiten Systems unterhalb einer vorgegebenen Grenztemperatur etwa konstant bleibt,
aber das Ventil schließt, wenn das durchströmende Medium die Grenztemperatur erreicht.
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Es greift also lediglich ein Arbeitselement an der Ventilspindel an.
Dieses Arbeitselement vermag aber auch die Kraft des anderen Arbeitselements auf
die Spindel zu übertragen. Der Einfluß des zweiten Systems ist aber unterhalb der
Grenztemperatur dadurch ausgeschaltet, daß der Hub des zugehörigen Arbeitselements
in diesem Bereich konstant bleibt.
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Zum Konstanthalten des Arbeitselementvolumens gibt es verschiedene
Möglichkeiten. Besonders günstig ist es, wenn die Stirnflächen dieses Arbeitselements
unterhalb der Grenztemperatur über Stützen kraftschlüssig miteinander verbunden
sind. Hierbei kann wenigstens die eine Stirnfläche des Arbeitselements
des
zweiten Systems derart an die andere Stirnfläche herangeführt sein, daß die Stirnfläche
selbst als Stütze dient. Man sorgt dann für eine solche Füllung des zweiten Systems,
daß sich das Arbeitselement erst bei Grenztemperatur von den Stützen abhebt.
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Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß das zweite System
bei Grenztemperatur vollständig mit einer Flüssigkeit gefüllt wird. Oberhalb der
Grenztemperatur wirkt dann die normale Ausdehnung dieser Flüssigkeit. Unterhalb
der Grenztemperatur zieht sich zwar die Flüssigkeit zusammen, das Arbeitselement
kann. dieser Kontraktion aber nicht folgen, und es entsteht lediglich ein Unterdruck
im zweiten System.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, das zweite System wenigstens
teilweise mit einem Material zu füllen, dessen Kochpunkt bei der Grenztemperatur
liegt. Sobald der Kochpunkt erreicht ist, hebt der dann auftretende Dampfdruck das
Arbeitselement von seinen Stützen ab. Wenn das zweite System vollständig mit einer
solchen Flüssigkeit gefüllt ist, kann man gegebenenfalls sogar auf eine mechanische
Abstützung verzichten, da die Flüssigkeit unterhalb der Grenztemperatur selbst als
das Volumen etwa konstant haltende Abstützung wirkt.
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Eine mechanische Abstützung wird auch bei einer weiteren Ausführungsform
nicht benötigt, bei der das zweite System mit einem festen oder flüssigen Material
gefüllt ist, das bei der Grenztemperatur einen Sprung in der Temperatur-Volumen-Charakteristik
besitzt, beispielsweise also Bienenwachs.
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Oft ist es sinnvoll, wenn beide Systeme mit einer Flüssigkeits-Dampf-Füllung
versehen werden und die Arbeitselemente gegen eine gemeinsame Sollwertfeder wirken.
Der Dampfdruck im zweiten System kann dann so bemessen werden, daß er erst bei Erreichen
der Grenztemperatur die Kraft der Sollwertfeder überwindet. Außerdem wird mit Verstellung
der Sollwertfeder auch die Grenztemperatur gleichlaufend mit der Thermostattemperatur
verändert.
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In. konstruktiver Hinsicht kann der Aufwand für das erfindungsgemäße
Doppelsystem gegenüber einem üblichen Einfachsystem sehr klein gehalten werden.
So braucht das zweite System lediglich aus dem Arbeitselement zu bestehen, das mit
dem das Ventil durchströmenden Medium in wärmeleitender Verbindung steht und daher
gleichzeitig als Fühler dient.
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Eine noch weitere Vereinfachung entsteht dadurch, daß die beiden Systeme
mindestens ein gemeinsames Teil aufweisen. Beispielsweise kann das zwischengeschaltete
Arbeitselement als Membrandose ausgebildet sein, die gleichzeitig den beweglichen
Abschluß des anderen Arbeitselements bildet. Eine andere Möglichkeit besteht darin,
daß das zwischengeschaltete Arbeitselement durch ein Gehäuse und zwei einander entgegengerichtete,
an gegenüberliegenden Gehäusewänden befestigten Wehrohren begrenzt und das andere
Arbeitselement durch den Innenraum des einen Wehrohres gebildet ist.
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Bei der letztgenannten Ausführungsform kann man sehr einfach eine
Einstellmöglichkeit des zweiten Systems erreichen, wenn der Innenraum des einen
Wehrohres zum zweiten System gehört und die zugehörige Gehäusewand einen Durchbruch
sowie außen ein einstellbares drittes Wellrohr trägt.
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Bei zwischengeschaltetem Arbeitselement des zweiten Systems empfiehlt
es sich, dessen Stirnfläche, die dem Arbeitselement des ersten Systems zugewandt
ist, einen festen Anschlag am Ende des Ventilhubs zuzuordnen. Auf diese Weise hat
das zweite System auch bei Versagen des ersten Systems einen festen Ausgangspunkt,
von dem aus es seine Wirksamkeit entfalten kann.
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Bei zwischengeschaltetem Arbeitselement des ersten Systems kann bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dafür gesorgt werden, daß das Arbeitselementvolumen
oberhalb der Grenztemperatur einen Mindestwert nicht unterschreitet. Auf diese Weise
wirkt das genannte Arbeitselement oberhalb der Grenztemperatur als einfache Kraftübertragungsvorrichiung,
wie es bei zwischengeschaltetem Arbeitselement des zweiten Systems unterhalb der
Grenztemperatur der Fall ist. Daher kann man auch für das Arbeitselement des ersten
Systems ähnliche Maßnahmen zum Konstanthalten des Volumens treffen wie bei dem Arbeitselement
des zweiten Systems. Insbesondere können die Stirnflächen das Arbeitselement des
ersten Systems am Ende des Ventilhubes kraftschlüssig miteinander verbunden sein.
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Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele
im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt
durch ein thermostatisch betätigtes Ventil mit zwischengeschaltetem Arbeitselement
des zweiten Systems, F i g. 2 einen Teil des gleichen Ventils mit einem abgewandelten
Betätigungssystem, F i g. 3 einen Teil des gleichen Ventils, bei dem das Arbeitselement
des ersten Systems zwischengeschaltet ist und F i g. 4 eine Abwandlung der F i g.
3 mit einstellbarem zweiten System.
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Das Ventil nach F i g. 1 hat bis auf das thermostatische Betätigungssystem
einen üblichen Aufbau. In dem Gehäuse 1 ist der Ventilsitz 2 ausgebildet. Die Ventilspindel
3 mit dem Ventilkörper 4 ist in dem Einsatz 5 abgedichtet geführt. Auf das obere
Ende 7 der Spindel 3 wirkt die Sollwertfeder 8, deren Spannung mit Hilfe des Drehgriffes
9 eingestellt werden kann. Der Drehgriff ist auf dem Einsatz 10 verschraubbar, der
in das obere Ende des Ventilgehäuses 1 eingesetzt ist; er wirkt über das Zwischenstück
11 auf die Sollwertfeder g.
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Das untere Ende 12 der Ventilspindel 3 ist in die Hülse 13 eingesetzt,
die zusammen mit dem Wehrohr 14 und der Stirnplatte 15 das zweite System 16 bildet.
Die Stirnplatte 15 und die Hülse 13 sind so aufeinander zugeführt, daß sie normalerweise
aneinanderliegen. An der Platte 15 stützt sich der Schaft 17 ab, dessen unteres
Ende an der Stirnplatte 18 des Wellrohres 19 anliegt. Das Wellrohr 19 mit der Stirnplatte
18, die Wand des Schraubgehäuses 20 sowie die Dichtplatte 21 begrenzen das Arbeitselement
22 des ersten_-Sysfems, zu dem ferner noch das Kapillarrohr 23 und der Fühler 24
gehören. Der Raum 25 im Einschraubgehäuse 20 oberhalb der Dichtplatte 21 steht mit
dem Ventilraum in Verbindung, so daß das zweite System 16 mit dem das Ventil durchströmenden
Medium direkt in wärmeleitendem Kontakt steht. Die Dichtplatte 21 besitzt einen
Vorsprung 26, an welchem sich die Stirnplatte 15 am unteren Ende des Ventilhubes
anlegen kann.
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Es sei angenommen, daß das erste und das zweite System je mit einer
Flüssigkeits-Dampf-Füllung versehen sind. Unterhalb der Grenztemperatur arbeitet
das Ventil allein in Abhängigkeit von der Fühlertemperatur,
die
zu einem bestimmten Dampfdruck im Arbeitselement 22 führt, der die Sollwertfeder
8 um ein entsprechendes Maß zusammendrückt. Da die beiden Stirnflächen des Arbeitselements
16 direkt aufeinanderhegen, stehen Sollwertfeder und Arbeitselement 22 in kraftschlüssiger
Verbindung miteinander. Während dieser Zeit ist der Dampfdruck im Arbeitselement
16 geringer als es der Spannung der Sollwertfeder entspricht. Wenn jedoch die Grenztemperatur
des das Ventil durchströmenden Mediums überschritten wird, steigt der Dampfdruck
im Arbeitselement 16 so stark an, daß unter überwindung der Kraft der Sollwertfeder
die Stirnflächen dieses Arbeitselements auseinandergepreßt werden und dadurch das
Ventil geschlossen wird. Diese Funktion erfolgt auch, wenn das erste System eine
sehr tiefe Temperatur feststellt oder vollständig ausgelaufen ist, weil die Stirnplatte
15 sich am Anschlag 26 abstützen kann.
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Der besondere Vorteil der geschilderten Ausführungsform liegt darin,
daß bei einer Verstellung der Sollwertfeder nicht nur die vom Ventil einzuregelnde
Temperatur geändert wird, sondern gleichzeitig auch der die Sicherheitsgrenze bildende
Temperaturwert. Bei Thermostateinstellung auf 20° C ergibt sich beispielsweise eine
Sicherheitstemperatur von 30° C, bei einer Thermostateinstellung von 30° C eine
Sicherheitstemperatur von 400 C. Dieser Effekt ist insofern vorteilhaft, als die
Thermostattemperatur niemals in den-. Bereich der Grenztemperatur eingestellt werden
kann.
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In F i g. 2 besteht das gesamte zweite System aus der Membrandose
30, deren beide Stirnflächen 31 und 32 über Stützen 34 aneinanderliegen können.
Die Membrandose 30 bildet den beweglichen Abschluß des Arbeitselements 35 des ersten
Systems, das im übrigen nur noch durch den Schraubeinsatz 36 begrenzt wird, der
gleichzeitig die Membran festklemmt. Die untere Stirnfläche 32 besitzt einen Fortsatz
37; mit dem sie sich auf der Unterseite 38 des Einsatzes 36 abstützen und dabei
das Kapillarrohr 23 verschließen kann. Alle übrigen Teile entsprechen dem Ausführungsbeispiel
der F i g. 1.
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Es sei angenommen, daß das erste System eine Flüssigkeits-Dampf-Füllung
besitzt und das zweite System eine Flüssigkeitsfüllung. Die Membrandose 30 ist bei
Grenztemperatur vollständig mit dieser Flüssigkeit gefüllt worden. Bei Normalbetrieb
unterhalb der Grenztemperatur liegen daher die beiden Stirnflächen 31 und 32 der
Membrandose über die Stützen 34 kraftschlüssig aneinander, und das Ventil arbeitet
allein in Abhängigkeit von der Fühlertemperatur. Bei Erreichen der Grenztemperatur
ist die Dehnung der Flüssigkeit in der Membrandose 30 so stark, daß die Stirnflächen
31 und 32 auseinanderbewegt werden. Da die Anordnung sich am Anschlag 37, 38 abstützen
kann, erfolgt die Dehnung allein nach oben, wodurch das Ventil geschlossen wird.
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In F i g. 3, die bis auf das Doppelbetätigungssystem wiederum dem
Ausführungsbeispiel der F i g. 1 entspricht, ist der Schraubeinsatz 40 oben mit
einer Platte 41 verschlossen und er enthält zwei einander entgegengerichtete
Wellrohre 42 und 43, die an den gegenüberliegenden Wänden 41 und 44 des Schraubeinsatzes
befestigt sind. Der vom Einsatz 40 und den beiden Wellrohren begrenzte Raum 45 stellt
das Arbeitselement des ersten Systems dar. Der Innenraum 46 des Wehrohrs 43 bildet
das zweite System. Die beiden Stirnflächen 47 und 48 des Wehrohres
43
stützen sich unterhalb der Grenztemperatur über den Schaft 49 aufeinander
ab.
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Es sei angenommen, daß das erste System vollständig mit einer Flüssigkeit
gefüllt ist und das zweite System wenigstens teilweise mit einer Flüssigkeit, deren
Kochpunkt bei der Grenztemperatur liegt. Das Ventil arbeitet dann unterhalb der
Grenztemperatur völlig normal in Abhängigkeit von der Fühlertemperatur. Sobald das
das Ventil durchströmende Medium die Grenztemperatur erreicht, teilt sich diese
Temperatur über das Metall des Schraubeinsatzes 40 dem zweiten System 46 mit, dessen
Füllung beginnt zu kochen und das Wellrohr 43 dehnt sich. Da die Flüssigkeitsfüllung
im Raum 45 in diesem Augenblick ein bestimmtes Volumen hat, überträgt sich
die Dehnbewegung 43 auf die Ventilspindel 3, so daß sich das Ventil schließt. Das
gleiche ist auch der Fall, wenn das erste System eine Dampffüllung besitzt oder
sogar ausgelaufen ist, weil dann die Stirnfläche 48 des Wellrohres 43 sich an das
Wellrohr 42 und damit an das untere Ende der Ventilspindel 12 legt.
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Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 unterscheidet sich von demjenigen
der F i g. 3 nur in folgenden Punkten. Die untere Wand 44 des Schraubeinsatzes 40
besitzt einen Durchbruch 50 und auf der Unterseite einen Regelbalg 51, dessen Innenraum
52 zum zweiten System gehört. Mit Hilfe des Drehknopfes 53 ist der Regelbalg 51
einstellbar; er wird durch die Feder 54 in der Strecklage gehalten. Wenn beispielsweise
das zweite System mit Flüssigkeit gefüllt ist, kann man durch Verstellen des Drehknopfes
53 die Grenztemperatur ändern.
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Vorstehende Erläuterung zeigt deutlich, daß sämtliche auf dem Grundgedanken
der Erfindung aufgebauten Ausführungsbeispiele ohne Änderung des Ventils an die
Stelle des bisher üblichen Einfachsystems gebracht werden können, indem lediglich
der Schraubeinsatz - mit dem Betätigungssystem ausgewechselt wird. Alle Ausführungsbeispiele
haben ferner die Eigenschaft, daß bei einem Versagen des ersten Systems das zweite
System voll wirksam bleibt. Ferner unterscheiden sich die beschriebenen Ausführungsbeispiele
von den üblichen Einfachsystemen nur durch die zusätzliche Verwendung einfacher
Bauelemente, z. B. einer Membrandose.
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Die veranschaulichten Ausführungsbeispiele können in vielerlei Hinsicht
abgewandelt werden, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise
kann in manchen Fällen die Abstützung der Stirnseiten des Arbeitselements des zweiten
Systems aneinander entfallen, wenn auf andere Weise für ein etwa konstantes Volumen
dieses Arbeitselements gesorgt ist. In Sonderfällen kann es auch zweckmäßig sein,
mehr als zwei Arbeitselemente hintereinanderzuschalten, um das Ventil außer von
der Fühlertemperatur von zwei verschiedenen Sicherheitstemperaturen abhängig zu
machen. Man braucht auch die Arbeitselemente nicht miteinander zu kombinieren, sondern
kann das zwischengeschaltete Arbeitselement für sich in die Spindel einschalten.
Grundsätzlich eignen sich die thermostatisch betätigten Ventile gemäß der Erfindung
nicht nur für Wärmeanlagen sondern auch für Kälteanlagen.