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Die Erfindung betrifft ein von einem beheizten Bimetallthermostaten
betätigtes Ventil mit einem federnd aufgehängten Verschlußteil.
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Prinzipiell gibt es für die Steuerung von Ventilen durch Bimetalle
zwei Möglichkeiten: eine Anbringung des Bimetalls außerhalb des Ventilgehäuses und
ohne Berührung mit dem Arbeitsmittel und eine Anbringung innerhalb des Ventilgehäuses,
wobei auch das Bimetall der Temperatur des Arbeitsmittels ausgesetzt ist. Aus Gründen
der Abdichtung bietet die letztere Möglichkeit Vorteile, jedoch unterliegt dann
das Bimetall wiederum dem Einfluß von Temperaturschwankungen des Arbeitsmittels,
insbesondere dann, wenn dessen Temperaturen in der Größenordnung des Steuer-Temperaturbereiches
des Bimetalls liegen. Ein derartiger Temperatureinfluß wirkt sich jedoch dann auf
ein genaues Ansprechen des Bimetallthermostaten sehr ungünstig aus.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde; ein derartiges Ventil für
Medien zu schaffen, die hohe Temperaturen annehmen können, wobei der Einfluß dieser
Temperaturen auf die Bewegung des beheizten Bimetalls ausgeglichen werden soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß folgendermaßen gelöst: a) Der Verschlußteil ist
mit dem beheizten Bimetall durch eine federnde Halterung verbunden.
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b) Ein Kompensationsbimetallthermostat, der auf den Verschlußteil
einwirkt, ist am beheizten Bimetallthermostaten fest.
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c) Der Verschlußteil besteht aus einer Membran in einem an der federnden
Halterung festen Rahmen. Bevor auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten
eingegangen wird, sollen die Funktionen der Erfindung und ihre Vorteile an Hand
der Zeichnung erläutert werden, in der F i g. 1 eine Längsschnittansicht eines Ventils
gemäß der Erfindung und F i g. 2 eine der F i g. 1 ähnliche Ansicht eines in Ruhestellung
geschlossenen Ventils darstellt.
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Ein Ventil 11 enthält in einem mit einer Grundplatte 13 versehenen
Gehäuse 12 ein durch eine Wicklung 22 beheiztes Bimetall 36, das mit seinem Befestigungsstück
37 an der Grundplatte 13 befestigt ist und an seinem anderen Befestigungsstück 38
eine hier vorteilhaft als Blattfeder ausgebildete federnde Halterung 42 trägt, auf
die ein Kompensationsbimetall 39 einwirkt. Die federnde Halterung 42 trägt ihrerseits
einen aus den Teilen 44, 48 und 49 bestehenden Verschlußteil mit einer Membran 47.
Ein Auslaßstutzen 15 ist zum Anschluß einer hier nicht dargestellten Leitung mit
einem Außengewinde 16 versehen und weist außerdem ein Innengewinde 17 auf, das zur
Aufnahme eines verstellbaren hohlen Einsatzes 18 dient. An dem inneren Ende des
hohlen Einsatzes 18 befindet sich ein ringförmiger Ventilsitz 19; der kreisförmig
ist und im rechten Winkel zur Achse des Einsatzes 18 liegt. Am äußeren Ende des
Einsatzes 18 ist eine zum Ansetzen eines Schraubenziehers geeignete Nut 20 vorgesehen,
so daß die Stellung des Ventilsitzes 19 innerhalb des Gehäuses 12 geändert werden
kann. Diese Einstellmöglichkeit ist von Bedeutung für eine Anpassung der Lage des
Ventilsitzes an die Lage der die Verschlußmembran tragenden Halterung, und zwar
insbesondere auch nach Einbau derselben.
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Das Gehäuse 12 weist weiterhin einen Einlaßstutzen 23 auf, der an
dem Deckel 14 angeordnet ist und durch den dem Gehäuse 12 das Arbeitsmittel zugeführt
wird.
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Mit Hilfe von Nieten 21 sind an der Grundplatte 13 elektrische Anschlüsse
29 und 30 befestigt, die durch Isolierhülsen 31, durch eine äußere Isolierplatte
32 und durch eine innere Isolierplatte 33 gegenüber der Grundplatte 13 isoliert
sind. Die Befestigungsstücke 37 und 38 sind im Verhältnis zu dem eigentlichen Steuer-Bimetall
36 um etwa 45° gebogen, so daß das Steuer-Bimeta1136 zur Grundplatte 13 in
einem Winkel von ebenfalls 45° liegt. Ein Kompensationsbimetallthermostat 39 hat
gleichfalls zwei Befestigungsstücke 40 und 41, von denen das Befestigungsstück 40
mit dem Befestigungsstück 38 des Steuer-Bimetalls 36 fest verbunden ist; das Befestigungsstück
41 wiederum ist mit dem Befestigungsstück 43 einer Metallblattfeder 42 verbunden,
an deren anderem Ende die Halterung 44 sitzt, welche die Membran 47 trägt. Die Metallblattfeder
42 und die Halterung 44 bilden also die federnde Aufhängung für die Membran 47.
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In der Halterung 44 befindet sich eine Öffnung 45, in die zur Einspannung
der elastischen Membran 47 von unten her ein Flanschring 48 eingesetzt ist. Die
Membran 47 kann beispielsweise aus Silikon-Kautschuk bestehen; sie ist dann für
die Verwendung von Medien geeignet, deren Temperatur 500° C erreichen kann. Die
Befestigung der Membran 47 erfolgt dann derart, daß ihre Kanten zwischen einem hier
nicht gezeigten Gegenflansch und dem Ringflansch 48 festgeklemmt werden, wobei die
Membran 47 eher etwas locker angeordnet und nicht fest über den Ringflansch 48 gespannt
sein sollte.
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Auf dem Steuer-Bimetall 36 sitzt eine Heizwicklung 22 mit zwei
Anschlüssen 27 und 28, von denen der Anschluß 27 mit dem Befestigungsstück 38 des
Steuer-Bimetalls 36 elektrisch verbunden ist. Der andere Anschluß 28 ist über einen
Vorwiderstand 34 mit dem Anschluß 30 verbunden.
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Ein nach der Erfindung ausgebildetes Ventil arbeitet im Prinzip also
derart, daß diejenige Bewegung, die das Steuer-Bimetall 36 infolge eines nicht von
der Heizwicklung 22 ausgehenden Temperatureinflusses macht, von einer entsprechenden
Gegenbewegung des Kompensationsbimetallthermostaten 39 ausgeglichen wird. Dies wird
möglich durch die von der Erfindung vorgeschlagene Art der Befestigung des Steuer-Bimetalls
36 und des Kompensationsbimetallthermostaten 39. Befestigt man jetzt an der aus
diesen beiden Elementen bestehenden Anordnung die federnde Halterung und den mit
einer Membran 47 versehenen Verschlußteil, so wird dieser durch einen Fremdtemperatureinfluß;
wie er von dem das Ventil durchsetzenden Medium ausgeht, kaum noch bewegt. Zum Ausgleich
einer noch verbleibenden Restbewegung dient dann die Membran 47 selbst, die infolge
ihrer Flexibilität den Ventilverschluß bei geringer Auslenkung noch nicht freigibt
oder schließt. Diese allgemein als Schnappwirkung bezeichnete Wirkung der Membran
wird an späterer Stelle für die beiden Ausführungsbeispiele der Erfindung gemäß
den F i g.1 und 2 der Zeichnung noch näher beschrieben.
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Die Erfindung schafft also ein von den beschriebenen Temperatureinflüssen
unabhängiges Ventil. Die vorgeschlagene Anordnung von Membranhalterung, Steuer-Bimetall
und Kompensationsbimetallthermostaten
ist in ihrem Aufbau einfach
und arbeitet zuverlässig. Abgesehen von dem geringen Materialaufwand ist es z. B.
auch leicht möglich, die durch die beiden Bimetalle und die Membran mit ihrer federnden
Halterung gebildete Betätigungsvorrichtung außerhalb des Ventilgehäuses vorzujustieren.
Vorteilhaft ist ferner die Tatsache, daß die Funktion des Ventils von der Einbaulage
unabhängig ist.
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Wird die federnde Halterung als Blattfeder ausgebildet, so kann diese
dann etwa in der durch den Ventilsitz gebildeten Ebene liegen, wodurch sich günstige
Betätigungswege ergeben; im Hinblick auf diese ist es auch günstig, wenn das Steuer-Bimetall
36 mit der zum Ventilsitz 18 parallelen Gehäusegrundplatte 13 einen Winkel von etwa
45° bildet.
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Da eine Elastizität der die Membran tragenden Teile das feste Schließen
des Ventils unterstützt und den Ventilverschluß insbesondere auch gegen Erschütterungen
unempfindlich macht, ist es vorteilhaft, wenn auch das beheizte Bimetall und der
Kompensationsbimetallthermostat Eigenfederung aufweisen. Es sollte hierbei jedoch
der Kompensationsbimetallthermostat eine größere Steifigkeit als die federnde Halterung
aufweisen.
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Grundsätzlich kann entweder die Seite geringer Ausdehnung oder die
Seite großer Ausdehnung des beheizten Bimetalls auf der dem Ventilsitz zugekehrten
Seite liegen. Die Befestigung des Kompensationsbimetallthermostaten erfolgt dann
immer so, daß seine Auslenkung der Auslenkung des beheizten Bimetalls entgegengesetzt
ist. Vorteilhaft ist es aber, wenn dabei die Seite geringerer Ausdehnung des beheizten
Bimetalls auf der dem Ventilsitz zugekehrten Seite liegt. Es ergeben sich hierdurch
besonders günstige Kraft-Weg-Verhältnisse, wenn das beheizte Bimetall durch Einschaltung
seiner Beheizung das Schließen des Ventils auslösen soll.
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Nachfolgend soll die Ausführung des erfindungsgemäßen Ventils nach
F i g. 1 der Zeichnung weiter beschrieben werden. Das hier gezeigte Ventil ist in
seiner Ruhestellung offen, und die Seite geringer Ausdehnung des Steuer-Bimetalls
36 ist der Grundplatte 13 zugewandt. Der Kompensationsbimetallthermostat 39 ist
mit dem Steuer-Bimetall 36 im Sinn entgegengesetzter Wirkungen verbunden, und dementsprechend
zeigt seine Seite hoher Ausdehnung in Richtung der Grundplatte 13. Der Kompensationsbimetallthermostat
39 kann zur Erhöhung seiner Steifigkeit die Form eines stumpfen Dreiecks haben,
und die als federnde Halterung dienende Blattfeder 42 kann zweckmäßigerweise aus
rostfreiem Stahl hergestellt sein, damit sie hohen Arbeitstemperaturen widersteht.
Die Blattfeder 42 ist vorteilhaft von nachgiebigerer Form als der Kompensationsbimetallthermostat
39, so daß ein sich aus einer Temperaturänderung ergebendes Ausbiegen dieses Elementes
eine größere bzw. geringere Ablenkung der Blattfeder 42 hervorruft. In F i g. 1
ist die gewöhnliche oder Ruhestellung der Bimetalle 36 und 39 dargestellt, und die
Blattfeder 42 zeigt eine geringere Auslenkung gegenüber der Ebene des Ventilsitzes
19.
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Wenn eine Steuerspannung an die Anschlüsse 29 und 30 gelegt wird,
erhitzt sich die Heizwicklung 22, und das Steuer-Bimetall 36 wird ebenfalls
erhitzt und gegen die Grundplatte 13 ausgelenkt. Dadurch wird der Membranträger
44 gegen den Ventilsitz 19 und somit die Membran 47 in Schließrichtung bewegt. Das
Gas strömt vom Einlaß 23 zum Auslaß 15, und, wenn angenommen wird, daß eine Strömung
des Gases vorhanden ist, so verteilt sich das Gas infolge dieser Strömung gemäß
.dem Venturi-Effekt im ganzen Ventilgehäuse und auch rund um den Ventilsitz 19,
wenn sich die Membran 47 dem Ventilsitz 19 nähert. Durch den Venturi-Effekt wird
an der Membran 47 ein Zug erzeugt, durch den diese etwas gegen den ringförmigen
Ventilsitz 19 gezogen wird und sich auf diesen aufsetzt. Das Aufsetzen der Membran
47 auf den Sitz 19 kann sehr schnell erfolgen, und es hat sich herausgestellt, daß
es etwa innerhalb von zwei Sekunden nach Einschaltung einer Steuerspannung an der
Heizwicklung 22 auftritt. Dann befindet sich der Membranträger 44 in einer Ebene,
die der Grundplatte 13 näher liegt als die Ebene des Ventilsitzes 19. Dadurch wird
die Membran 47 etwas über den Ventilsitz 19 gezogen, so daß eine gute Abdichtung
zum Schließen des Ventils 11 gewährleistet ist. Außerdem ist die Membran 47 an ihrer
Umfangskante derart angeordnet, daß das Arbeitsmittel zu beiden Seiten der Membran
47 freien Zugang hat, wodurch der innerhalb des Gehäuses 12 vorhandene Arbeitsmitteldruck
ebenfalls dazu beiträgt, eine Abdichtung zwischen der Membran 47 und dem Ventilsitz
19 zu schaffen bzw. die Membran 47 fest auf den Ventilsitz zu drücken. Weiterhin
ist der Druck innerhalb des Gehäuses 12 ein Differentialdruck, durch welchen der
Venturi-Effekt begünstigt und ein schnelles Schließen des Ventils 11 unterstützt
wird.
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Das Ventil 11 kann in einem Gasofen bzw. Kochherd verwendet werden,
wo die Umgebungstemperatur beträchtlich höher als 21° C sein kann, die gewöhnlich
als Raumtemperatur genommen wird. Wenn demgemäß die Umgebungstemperatur ansteigt,
wird sich das Steuer-Bimetall 36 gegen die Grundplatte 13 bewegen. Jedoch
bewegt sich gleichzeitig der Kompensationsbimetallthermostat 39 von der Grundplatte
13 weg, so daß der Kompensationsbimetallthermostat 39 mit seinem Befestigungsstück
41 die Blattfeder 42 weiterhin ablenkt und die Membran 47 relativ zum Ventilsitz
19 in einer im wesentlichen gleichbleibenden Stellung verbleibt, und zwar unabhängig
von Änderungen der Umgebungstemperatur. Es ist zu bemerken, daß durch die Bewegung
der beiden Bimetallelemente 36 und 39 bei ansteigender Temperatur bewirkt wird,
daß sie zwischen sich einen etwas größeren Winkel bilden, der in F i g. 1 als ein
Winkel von ungefähr 135° wiedergegeben ist. Somit wird sich die Stellung des Membranträgers
44, selbst wenn die relative Stellung der Membran 47 im allgemeinen gleichbleibt,
etwas ändern, wobei das Bestreben besteht, daß die Ebene des Membranträgers 44 aus
der Ebene des Ventilsitzes 19 herausbewegt wird.
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Durch die Erfindung wird eine Ausführung geschaffen, die unabhängig
von dieser Änderung der Lage der Ebene der Membran 47 befriedigend arbeiten kann.
Infolge der Nachgiebigkeit der Membran 47 ist eine wirksame Abdichtung an dem Ventilsitz
19 vorhanden, selbst wenn die Ebene des Membranträgers 44 gegenüber der Ebene des
Ventilsitzes 19 verdreht ist. Die Membran 47 bewegt sich lediglich relativ zu dem
Ventilsitz 19 etwas seitwärts, um die Membran 47 rund um den Ventilsitz 19 straff
zu halten, wenn sie sich in der Schließstellung befindet, wodurch ein wirksames
Absperren des Arbeitsmittelstromes erhalten wird. Weiterhin ruft diese
geringe
Seitwärtsbewegung eine Abstreifwirkung zwischen der Membran 47 und dem Ventilsitz
19 hervor, wodurch das Sauberhalten und Freihalten des Ventilsitzes 19 von
Fremdstoffen begünstigt wird.
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Es ist weiterhin zu bemerken, daß die öffnung 45 des Membranträgers
44 nicht konzentrisch zur Achse des Ventilsitzes 19 zu liegen braucht: Selbst wenn
eine Exzentrizität vorhanden ist, wird die Membran 47 in richtiger Weise dicht auf
dem Sitz 19 aufsitzen. Somit kann während der Herstellung eine geringe Fehlausrichtung
zugelassen werden, wodurch eine schnellere und wirtschaftlichere Herstellung möglich
ist, die zu geringeren Herstellungskosten führt.
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In Fi g. 2 ist als abgeänderte Ausführungsform ein Ventil
35 wiedergegeben, bei welchem der Einlaßstutzen 23 an einer anderen Stelle
des Deckels 14 angeordnet sein kann, und gemäß F i g. 2 ist der Einlaßstutzen 23
an dem Ende des Deckels 14 angeordnet. Das Ventil 35 ist ein gewöhnlich geschlossenes
Ventil, d. h. ein in seiner Ruhestellung geschlossenes Ventil. Bei .einem Ventil
dieser Art ist ein Kompensationsbünmetallthermostat 46 mit einem Steuer-Bimetall
49 verbunden, jedoch liegen bei dieser gewöhnlich geschlossenen Ventilausführung
die Seite großer Ausdehnung des Steuer Bimetalls 49
und die Seite geringer
Ausdehnung des Kompensationsbimetallthermostaten 4'6 der Grundplatte 13 näher: Dies
kam dadurch erreicht werden, daß der Kompensationsbimetallthermostat 46,
wie in F i g. 2 dargestellt, auf der Seite der ; Blattfeder 42 angeordnet wird.
Bei Erwärmung wird sich das Steuer- Bimetall 49 von der Grundplatte 13 wegbewegen.
Diese Bewegung erfolgt in der öffnungsrichtung, und der Membranträger 44 wird sich
von dem Ventilsitz 19 weg bis zu einem Punkt bewegen, an welchem die Membran 47
von dem Ventilsitz 19 weggezogen ist. Die Bewegung des Steuer Bimetalls 49 bei seiner
Erwärmung ist eine kriechende Bewegung, durch welche das Steuer-Bimetall
49 und die Feder 42 gespannt werden, und dieser Spannung widersetzt
sich der innerhalb des Gehäuses 12 vorhandene Arbeitsmitteldruck, der auf die Einlaßseite
der Membran 47 wirkt. Wenn die durch die Erwärmung des Steuer-Bimetalls 49 erzeugte
Spannung genügend groß ist, bewegt sich die Membran 47 plötzlich von dem Ventilsitz
19 mit Schnappwirkung weg, um das Ventil zu öffnen. Dieses öffnen des Ventils erfolgt
ebenfalls innerhalb zwei Sekunden nach Anlegen der Spannung. Der beschriebene Vorgang
ist dem Vorgang zum Öffnen des Ventils 11 gemäß F i g. 1 nach Entregung der Heizwicklung
22 ähnlich. Weiterhin ist der vorbeschriebene Schließvorgang des Ventils 11 gemäß
F i g. 1 demjenigen Schließvorgang ähnlich, der nach Entregung der Heizwicklung
22 des Ventils 35 gemäß F! g. 2 abläuft.
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Das Schließen des Ventils 35 wird durch Entregung der Heizwicklung
22 hervorgerufen. Wenn das Steuer-Bimetall 49 sich abkühlt, wird es gegen die Grundplatte
13 abgelenkt. Wenn die Membran 47 sich dem Ventilsitz 19 nähert, wird sie infolge
des Venturi Effektes der Arbeitsmittelströmung schnell in Eingriff mit dem Sitz
19 gezogen. Durch die Kraft des Venturi Effektes wird die Blattfeder 42 gespannt,
so daß sie einen Augenblick lang von dem Ende 41 des Kompensationsbimetallthermostaten
46 weggezogen wird; da dieses gegenüber der Ausführung gemäß F i g. 1 an der entgegengesetzten
Seite der Blattfeder 42 angeordnet ist, ist eine momentane Trennung gestattet, wodurch
das schnelle Schließen des Ventils 35 unterstützt wird.
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Es ist zu bemerken, daß das Ventil 11 gemäß F i g.1 und das Ventil
gemäß F i g. 2 mit einer Vorrichtung zum Erwärmen eines Bimetalls oder eines wärmeempfindlichen
Materials versehen ist; um das Ventil in Öffnungsrichtung oder in Schließrichtung
zu betätigen. Dadurch ist das gesamte Ventil 11 bzw. 35 ein in sich geschlossenes,
mit einer Betätigungseinrichtung versehenes Ventil. Weiterhin kann das Ventil 11
bzw. 35 in irgendeiner Stellung angeordnet werden, wobei es in allen Stellungen
arbeitsfähig bleibt.
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Durch die Kriechbewegung des Steuer Bimetalls 36 bzw. 49 ergibt sich
eine schnelle Bewegung bzw. Schnappbewegung der Membran 47 relativ zu dem Ventilsitz
19: Diese Schnappbewegung wird in der Schließrichtung durch die etwas lockere Anordnung
wenigstens eines Teils der Umfangskante der Membran 47, durch den Zugang des Arbeitsmittels
zu beiden Seiten der Membran 47 und durch den Venturi-Effekt des Arbeitsmittelstromes
zwischen der Membran 47 und dem Ventilsitz 1.9 unterstützt. In der öffnungsrichtung
wird die Schnappbewegung dadurch unterstützt, daß während der Kriechbewegung in
dem Steuer-Bimetall 36 und in der Blattfeder 42 Energie gespeichert werden kann,.
bis eine genügend große Kraft verfügbar ist, um die Membran 47 mit Schnappwirkung
von dem Ventilsitz 19 wegzubewegen-.
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Die Erfindung ist mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben
worden. Jedoch erfolgte diese Beschreibung nur beispielsweise; und es sind viele
Abänderungen möglich, ohne den. Bereich der Erfnidung zu verlassen.