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Einlass- bzw. Auslassventil, vorzugsweise für Kaffeemaschinen Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Einlass- bzw. Auslassventil, vorzugsweise zur
Verwendung in Kaffeemaschinen, wo das erhitzte Wasser bei einer bestimmten Temperatur
das Ventil zur Oeffnung beeinflusst, so dass das erhitzte Wasser durch das Ventil
strömt und sich über die gemahlenen Kaffeebohnen verteilt und während dem Absickern
durch die Bohnen in üblicher Weise die Kaffeeherstellung bewirkt.
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Es sind verschiedene Formen der Steuerung von Ventilen bekannt, deren
Oeffnung durch das erhitzte Wasser bewirkt wird, so dass
das Wasser
danach durch den gemahlenen Kaffee fliesst. Diese bekannten Systeme sind aber entweder
nicht automatisch oder mit komplizierter elektrischer Steuerungsausrüstung versehen.
Als Beispiel eines nicht automatischen Systems können die u.a. in Italien bekannten
Espressomaschinen erwähnt werden, wo man ganz einfach mittels eines Handgriffes
den Heisswasserhahn öffnet.
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Ein Beispiel des komplizierten elektrischen Systems ist in der DAS
Nr. 1 454 228 beschrieben. Diese gibt zwar. eine Ventilsteuerung beim Dosieren von
bereits aufgebrühtem Kaffee an, doch könnte diese Steuerung ebenso gut zum Aufbrühen
verwendet werden.
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Das erfindungsgemässe Ventil ist nach dem Prinzip gebaut, dass es
aus einem Ventilgehäuse besteht, in dessen einem Ende eine Bimetallscheibe angebracht
ist, deren durch Temperatur bewirkte axiale Formänderung im Verhältnis zum vorzugsweise
rotationssymmetrischen Ventilgehäuse eine axiale Bewegung einer mit einem Kopf versehenen
Ventilstange hervorruft, deren Kopf mit einem an der Aussenseite des Ventilgehäuses
angebrachten Ventilsitz oder Anschlagring zusammen wirkt, um das Oeffnen oder das
Schliessen des Ventils zu bewirken.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird das Auslassen des Wassers aus
dem Behälter in einfacher, ökonomischer und zuverlässiger Weise erreicht. Man beabsichtigt,
das erfindungsgemässe Ventil in ein Loch im Boden eines Heizungsbehälters einzusetzen,
in dem das Wasser in üblicher Weise erhitzt wird. Wenn das Wasser eine im voraus
gewählte Temperatur erreicht hat, reagiert das Bimatall der Bimetallscheibe und
bewirkt eine Formänderung derselben, wodurch das Ventil mechanisch geöffnet wird,
so dass das erhitzte Wasser mit passender Strömungsgeschwindigkeit aus dem Heizung
behälter hinaus und z.B. in einen Kaffeefilter, der oben in einer Kaffeekanne oder
einem Behälter angebracht ist, hinunter laufen kann.
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Das Ventil ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass es
aus einem als Rotationskörper geformten Ventilgehäuse besteht, dessen eines zylindrisches
Ende durch einen mit einer zentralen Durchlauföffnung und einem konzentrisch dazu
verlaufenden Ventilsitz versehenen Boden begrenzt ist und dessen anderes Ende, in
dessen
Nähe Löcher vorgesehen sind, durch eine, vorzugsweise vorgespannte, Bimetallscheibe
abgesperrt ist, und dass die Bimetallscheibe eine Ventilstange mit einem ur Anlage
an den Ventilsitz vorgesehenen Ventilkopf trägt.
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Dadurch erzielt man ein Ventil, bei dem die Bimetallscheibe die Ventilstange
bei niederer Temperatur so beeinflusst, dass sie den Ventilkopf zur Anlage an den
Ventilsitz hält, so dass kein Medium durch das Ventilgehäuse strömen kann, welche
Bimetallscheibe aber bei erhöhter Temperatur ihre Form ändert und damit die Ventilstange
so in axialer Richtung bewegt, dass der Ventilkopf nicht mehr am Ventilsitz anliegt,
was bewirkt, dass das Medium durch das Ventilgehäuse strömen kann.
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Wenn die Bimetallscheibe einegewisse Vorspannung besitzt, tritt die
Oeffnung des Ventils plötzlich ein. Diese Wirkung kann noch unterstützt werden,
wenn die Bimetallscheibe gewölbt ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
und der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen.
In diesen zeigt Fig 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Ventils,
von unten gesehen, Fig. 2 und 3 dasselbe Ventil im Längsschnitt, in geschlossenem,
bzw. geöffnetem Zustand, Fig, 4 eine weitere Ausführungsform des Ventils im Längsschnitt,
in geschlossenem Zustand, Fig. 5 noch eine weitere Ausführungsform des Ventils im
Längsschnitt, in geschlossenem Zustand, Fig. 6 eine besondere Ausfahrungsform einer
für das erfindungsgemässe Ventil verwendbaren Ventilstange im Längsschnitt.
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Das Ventil besteht aus einem Ventilgehäuse 1, dessen unterer, zylindrischer
Teil in einem kreisförmigen Loch im Boden 2 eines Behälters eingesetzt ist. Das
Ventil wird mittels einer Dichtung in der Form eines O-Ringes 3'lösbar im Loch festgehalten.
Unten
hat das Ventilgehäuse einen Boden mit einer zentralen Durchflussöffnung,
um die herum - wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich - ein, konzentrisch zu ihr ausgeformter,
nach unten ragender Ventilsitz ausgeformt ist.
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Der zylindrische Teil des Ventilgehäuses erweitert sich nach oben
hin in einen konischen Teil mit einer Anzahl Durchströmungsöffnungen oder Löcher
5.
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An der oberen, inneren Kante des konischen Teils ist in einer Nut
eine Bimetallscheibe 6 eingesetzt.
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In dieser Bimetallscheibe ist in einer zentralen Ausnehmung eine Ventilstange
7 befestigt, wobei die Ventilstange oben in einem Zapfen 8 endet, dessen Durchmesser
nahezu dem der Ausnehmung entspricht. Dieser Zapfen ragt durch die Ausnehmung hindurch
und ist oberhalb der Bimetallscheibe mittels eines Sicherungsringes, z.B. ein Seegerring,
gegen Aufwärtsbewegungen gesichert.
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Das untere Ende der Ventilstange 7 erstreckt sich durch die Durchlauföffnung
im Boden des Ventilgehäuses und endet in einem Ventilkopf 10, der an der dem Boden
gegenüberliegenden Seite einen zur Anlage gegen den Ventilsitz 4 vorgesehenen Dichtungsring
11 trägt.
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Die Bimetallscheibe ist mit einer gewissen Vorspannung vorausgeformt.
so dass sie in der Ausgangsstellung, d.h. in der in Fig. 2 gezeigten Stellung. die
Stange 7 hebt, wobei der Dichtungsring 11 gegen den Ventilsitz 4 anliegt.
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Wenn jetzt das Ventil in den Boden eines Behälters 2 eingesetzt ist
und man kaltes Wasser in diesen Behälter einhüllt, bleibt das Ventil in der in Fig.
2 gezeigten Stellung, auch wenn das Wasser durch die Löcher 5 hindurchfliesst und
ins Innere des Ventilgehäuses gelangt. Wird das Wasser jetzt mittels einer Heizungseinrichtung
erhitzt, so wird jedenfalls die obere Seite der Bimetallscheibe durch das heisse
Wasser erhitzt. Dadurch ändert sich die Spannung in der Scheibe 6. Da aber die Scheibe
eine Vorspannung besitzt, baut sich die durch die Erhitzung hervorgerufene Spannung
in der Scheibe auf. Erst wenn diese Span
nung die vorausbestimmte,
d.h. einer vorausgewählten Temperatur entsprechende, Vorspannung der Scheibe übersteigt,
reagiert die Scheibe, und zwar indem sie ihre Form stark ändert und plötzlich die
in Fig. 3 ersichtliche Form annimmt. Gleichzeitig sinkt die Ventilstange-7, so dass
der Ventilkopf mit seiner Dichtung 11 nicht mehr gegen den Ventilsitz 4 gepresst
wird. Das im Behälter befindliche Wasser strömt somit vom Behälter durch die Löcher
5 in das Innere des Ventilgehäuses hinein, von dort weiter nach unten, durch die
ringförmige Oeffnung zwischen der Ventilstange 7 und der Begrenzung der Durchlauföffnung,
verteilt sich in radialen Richtungen in den zwischen dem Ventilsitz 4 und dem Ventilkopf
10 bzw. dessen Dichtung 11 entstandenen Ringschlitz und ergiesst sich über das darunterliegende
Gut, z.B. die.gemahlenen Kaffeebohnen.
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Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform wirkt prinzipiell wie die in
Fig. 2 und 3 gezeigte Ausführungsform, ist jedoch kompakter gebaut. Bei dieser Ausführungsform
ist der-Ventilsitz mit 4' bezeichnet und ist an der Oberseite des Bodens des Ventilgehäuses
angeordnet.
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Der Ventilkopf 10' mit dem zur Anlagegegen den Ventilsitz 4' vorgesehenen
Dichtungsring ist oberhalb des Ventilbodens angeordnet, wobei die Ventilstange stark
gekürzt ist. Die Bimetallscheibe ist am oberen Ende des Ventilgehäuses mittels einer
Ringmutter 12 festgehalten und so geformt, dass sie den Ventilkopf 10' in der Ausgangsstellung
nach unten, gegen den aufragenden Ventilsitz presst.
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Die Erwärmung der Bimetallscheibe bewirkt, dass sich die Wölbung der
Scheibe plötzlich ändert, mit dem Resultat, dass der Ventilkopf aus dem Sitz 4'
gehoben wird und damit den Durchfluss durch das Ventil freigibt.
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Bei- der Fabrikation in industriellem Masstabe können die.Bimetallscheiben
so vorgeformt werden, dass sie bei einer vorausgewählten Temperatur mit einer Genauigkeit
von 4 - 50C reagieren.
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Dies genügt z.B. bei Kaffeemaschinen für den Haushalt, wo zum Brauen
verwendetes Wasser vorzugsweise eine Temperatur von 85 bis
90°C
haben soll.
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In Fig. 6 ist eine Ausführungsform gezeigt, die eine verbesserte Genauigkeit
ermöglich. Die dort gezeigte Ventilstange 7' ist mit einer Gewindebohrung versehen
und die Bimetallscheibe wird mittels einer in das Stangenende eingeschraubten und
vorzugsweise mit mehr oder weniger selbstsperrendem Gewinde versehenen Schraube
8' in Richtung gegen das Stangenende gedrückt. Durch Drehen dieser Schraube lässt
sich der Druck, durch welchen der Ventilkopf mittels der Vorspannung der Bimetallscheibe
gegen den Ventilsitz gepresst wird, feineinstellen, und damit kann man die Reaktion
der Scheibe auf eine gewunschte Temperatur korrigieren.
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Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Ausführungsform ist unter der Voraussetzung
beschrieben, dass sich die Scheibe 6 bei steigender Temperatur aus der in Fig. 2
in die in Fig. 3 gezeigte Stellung bewegt.
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Man kann die Scheibe ja auch so gestalten, dass sie bei niedriger
Temperatur die in Fig. 3 und bei höherer Temperatur die in Fig. 2 gezeigte Stellung
einnimmt.
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Des weiteren kann das Ventil auch umgekehrt in einem Behälter angebracht
werden, so dass ein sich ausserhalb des Behälters befindliches Medium das Ventil
steuert.
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Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist der zylindrische Teil
des Ventilgehäuses verlängert, und ausserdem ist das Ventilgehäuse mittels einer
quer zur axialen Richtung des Gehäuses verlaufenden Querwand unterteilt, durch welche
Querwand die Ventilstange flüssigkeitsdicht geführt ist, und im zylindrischen Teil
des Ventilgehäuses sind Durchströmungsöffnungen 5' vorgesehen.
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Dies ermöglichtdie Steuerung des Ventils durch ein besonderes sich
oberhalb des gezeigten Boden befindlichen Mediums und den Durchlass eines sich zwischen
dem gezeigten oberen und dem unteren Boden befindlichen Mediums.
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Das erfindungsgemasse Ventil ist auf grossen Gebieten der chemischen
Industrie verwendbar, da es sich sowohl bei steigenden als auch fallenden Temperaturen
öffnen oder schliessen kann - Je
nach Wunsch - und nicht unbedingt
von dem das Ventil durchfliessenden Medium gesteuert werden muss, denn die Ventilstange
7'kann fast jede gewünschte Länge haben.
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Die Wahl des Materials hängt vom Verwendungszweck ab. Wenn das Ventil
zum Brauen von Kaffee benützt wird, kann das Ventilgehäuse aus Aluminium sein, während
die Ventilstange und der Ventilkopf aus oberflächenbehandeltem Messing bestehen
können. Der Dicht tungsring 3 kann aus einem passenden synthetischen Gummi hergestellt
sein. In Verbindung mit korrosivem Medium kommt für das Ventilgehäuse und die Ventilstange
auch Kunststoff in Betracht.