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Elektrisch betätigtes Ventil Die vorliegende Neuerung betrifft ein
elektrisch betätigtes Ventil mit einem in einem einseitig durch eine Membran abgeschlossenen
Raum befindlichem Nassdampfmedium, 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
Steuerbewiegung nur klein ist.
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Neben der Verwendung von Membranen ist es auch bekannt Faltenbälge
zu verwenden, die mit dem Verschlussteil des Ventiles direkt verbunden sind. Faltenbälge
haben jedoch in gleicher Weise wie Membranen nur einen begrenzten Hub
und
sind darüberhinaus einer starken Abnützung infolge Ermüdung des Materials unterworfen.
Membranen und Faltenbälgen ist darüber hinaus der Nachteil gemeinsam, dass sie gegenüber
Überdrucken äueserst 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 Neuerung 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 Neuerung
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 einem 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 Neuerung soll beispielsweise anhand der beiliegenden 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 dargestellten
Ventils, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Warmwasserheizung, und Fig.
4 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ventiles.
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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
abgedichtet. Der obere Abschluss des Zylinders 4 wird von einer perforierten Platte
7 gebildet. An den Zylinder 4 schliesst sich ein Behälter 8 an, der durch eine Membran
9 in zwei Teile aufgeteilt ist. Die Membran ist vorzugsweise in der Mitte verstärkt
und nur am Rande elastisch, wobei dieser Rand wie bei lo aus der Zeichnung zu ersehen
ist,
wulstartig ausgebildet ist. Bei einer in der Darstellung senkrechten
Bewegung der Membran rollt sich der Wulst lo ab. Vorzugsweise ist der Wulst lo aus
einzelnen flexiblen metallischen Streifen gebildet, wobei die Zwischenräume zwischen
den Streifen durch eine Lage eines flexiblen Materials beispielsweise Gummi abgedichtet
sind.
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Oberhalb der Membran 9 befindet sich in dem Raum 8 ein elektrischer
Widerstand 11, der an Zuführungsstifte 12 und 13 angeschlossen ist und durch diese
gehalten wird.
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Der oberhalb der Membran 9 befindliche Raum ist mit einem Nassdampfmedium
gefüllt, welches in Abhängigkeit dessen 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 auf den Kolben 5 zu übertragen.
Durch die beschriebene Anordnung wird erreicht, dass das Nassdampfmedium, beispielsweise
ein Fluorchlorkohlenwasserstoff nicht durch eine Undichtigkeit des Kolbens entweichen
kann.
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Durch die Bodenplatte 1 ist ein Stift 15 geführt, welcher an seinem
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 befirdet sich ein Zwischenstück
18. Der Kolben 5, der Teller 16 und das Zwischenstück 18 nehmen somit jeweils eine
Lage ein, die dem
Gleichgewichtszustand zwischen dem Druck des Nasadampfmediums
und der Feder entspricht.
| An dem Zwischenstück 18 ist ein Arm 2o befestigt, der |
beispielsweise bei 21 drehbar an einer Strebe 2 befestigt ist. In der Darstellung
rechts läuft der Arm 2o in einen Handgriff 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 Arm 2o
auf entsprechende Stellungen gegen die Wirkung der Feder 17 arretiert werden kann.
Wenn somit die elektrische Steueranlage aus irgend einem Grund ausfallen sollte,
kann das Ventil ohne weiteres auch von Hand eingestellt werden.
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Der Stift 15 erstreckt sich durch die Bodenplatte hindurch und trägt
ein beispielsweise aus zwei Ventiltellern 26 und 27 gebildetes, bewegliches Ventilorgan.
An der Unterseite der Bodenplatte 1 ist ein Ventilkörper 28 mit einem Zufluss 29
und zwei Abflüsse 3o und 31 befestigt. Der Ventilkörper 28 ist so ausgebildet, dass
in einer Extremstellung des Stiftes 15 der Teller 27 den Abfluss 31 absperrt, so
dass das in den Zufluss 29 einströmende Medium nur zu dem Abfluss 3o gelangen kann,
während in der anderen Extremstellung der Teller 26 den Abfluss 3o abschliesst,
so dass das gesamte Medium in den Abfluss 31 gelangt.
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Während des Betriebes des Ventiles wird durch den Widerstand 11 ein
mehr oder weniger grosser Strom geschickt.
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Der Widerstand erwärmt entsprechend das in dem Raum 8 befindliche
Arbeitsmedium. Gleichzeitig fließt jedoch Wärme von dem Raum 8 ab. Damit die Aussenwände
des Raumes von der umgebenden Luft gut gekühlt werden, können in dem Gehäuse 23
Fenster 23a vorgesehen sein, die einen freien Luftaustausch mit der Umgebung ermöglichen.
Bereits nach relativ kurzer Zeit hat sich ein Gleichgewichtszustand eingestellt,
doho die durch den Widerstand 11 zugeführ-
| te Wärmemenge ist gleich der Wärmemenge, die durch die |
| cl |
Wände des Raumes 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 den Stift 15 übertragen wird. Bei Erhöhung des Stromes
durch den Widerstand 11 steigt somit auch die der Feder 17 entgegenwirkende Kraft.
Bei Verminderung des Stromes wird von den Aussenwänden des Raumes 8 kurzzeitig mehr
Wärme abgegeben als durch den Widerstand zugeführt wird, so dass die Temperatur
des Arbeitsmediums in dem Raum 8 abnimmt. Infolge der guten Kühlung der Aussenwände
des Raumes 8 ist die erforderliche Zeitspanne bis zur Herstellung eines neuen Gleichgewichtszustandes
relativ kurz.
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Das beschriebene, elektrisch gesteuerte Ventil eignet sich insbesondere
für thermostatische Steuerungen, wobei dann der den Widerstand 11 erwärmende Strom
in Ab-
| hängigkeit von einer Temperatur gesteuert wird. Infolge |
| CD |
der Erwärmung vom Inneren des das Arbeitsmedium enthal-
| tenden Raumes her und infolge der guten Abkühlung der Aus- |
| senwand des Raumes durch die umgebende Luft stellt sich |
relativ 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 Ventiles erfolgt.
Das heisse Wasser verlässt den Heizkanal 4o 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 Erwärmung über die Abflussleitung 3o in den
Kessel zurück oder über die Abflussleitung 31 zu den Heizkörpern 42 zurück. Je grösser
die in den Heizkessel 40 strömende Wassermenge ist, umso stärker erwärmt sich das
den Heizkörpern 42 zufliessende Wasser und umsomehr Wärme geben diese ab.
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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 die Ventilteller 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 sich die Heizkörper weniger Wärme erhalten bzw.
abgeben.
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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 zurückgelangt.
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Ein Nachteil des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ventils besteht darin,
dass beim Verbrennen des elektrischen Widerstandserhitzers die Steuerkammer, welche
das Steuermedium enthält, geöffnet werden muss und anschließend, d. h. nach dem
Auswechseln des Widerstandes erneut das Steuermedium mit der vorgegebenen Menge
eingefüllt werden muss.
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Die Fig. 4 stellt ein elektrisch betätigtes Ventil in gleicher Ansicht
wie Fig. 1 dar, welches jedoch den erwähnten Nachteil nicht aufweist. Gleiche Teile
sind mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 belegt.
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Auf einer Bodenplatte 1 sind beispielsweise drei Streben 2 vorgesehen,
(nur eine Strebe 2 ist sichtbar), die einen Aufsatzteil tragen. An diesem Aufsatzteil
ist in gleieher
Weise wie bei dem Ventil der Fig. 1 ein Zylinder
4 befestigt, in welchem ein Kolben 5 längsverschieblich angeordnet ist. Den oberen
Abschluß des Zylinders 4 bildet eine perforierte Platte 7. Der Kolben 5 steht unter
dem Druck einer Spiralfeder 17, die bestrebt ist, diesen nach oben zu bewegen. Mit
dem Kolben steht ein Stift 15 über einem Zwischenstück 18 in Kontakt. Mit dem Zwischenstück
18 ist ein Handgriff 2o zur manuellen Verstellung des Stiftes 15 verbunden. Der
Stift 15 betätigt direkt die beweglichen Ventilorgane, wie dies beispielsweise aus
Fig. 1 ersehen werden kann.
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Mit dem Aufsatzteil 3 ist ein Behälter. 8a verschraubt, durch welchen
sich die Membran 9 erstreckt. Die Membran 9 ist in vertikaler Richtung verschieblich.
Der Raum unterhalb der Membran 9 bzw. oberhalb des Kolbens 5 ist mit einem Hydraulischen
Übertragungsmedium, beispielsweise Wasser gefüllt.
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Der Raum oberhalb der Membran 9 ist mit dem Steuermedium gefüllt,
welches im gesamten Temperaturbereich, sowohl im gasförmigen als auch im flüssen
Zustand verbleibt, d. h. ein Zwei-Phasen-System bildet. Mit dem Gehäuse 8a ist das
Gehäuse 23 wie dargestellt verschraubt.
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Vom seitlichen Rand her erstreckt sich in das innere des Gehäuses
8a eine beispielsweise im Querschnitt kreisförmige Hülse 50. Diese Hülse ist gegenüber
dem innern des Gehäuses 8a fest abgeschlossen und dient zur Aufnahme des Heizwiderstandes
lla. Der Heizwiderstand lla ist vorzugsweise so bemessen, dass ergenau das innere
der Hülse 50 ausfüllt, so dass dem Wärmeübergang von dem Widerstand auf
die
Hülse praktisch kein Wärmewiderstand entgegengesetzt wird. Die Hülse 5o ist vorzugsweise
so angeordnet, dass sie mindestens in einem Grossteil des gesamten Temperaturbereiches
mit der flüssigen Komponente des Steuermediums 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 bzw. ersetzt
werden kann.
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- Schutzansprüche-