DE2233040A1

DE2233040A1 - Thermoventil

Info

Publication number: DE2233040A1
Application number: DE2233040A
Authority: DE
Inventors: Gene Wallace Osheroff
Original assignee: FLUIDTECH CORP
Current assignee: FLUIDTECH CORP
Priority date: 1971-07-06
Filing date: 1972-07-05
Publication date: 1973-01-25
Also published as: GB1381533A; IT960962B; US3730430A; NL163861C; NL163861B; CA974953A; IL39679A0; NL7208657A; FR2145254A5; BR7204474D0

Description

Die Erfindung betrifft thermostatisch gesteuerte Ventile, bekannt als Thermoventile und bezieht sich insbesondere auf ein Thermoventil, das verhältnismäßig einfach aufgebaut ist und eine wesentlich verbesserte Empfindlichkeit aufweist.

Ein Typ eines Thermoventils, das bisher zum Öffnen und Schließen eines Luftventilpaares mit Hilfe eines temperaturempfindlichen Elements verwendet wurde, ist in der anhängigen Patentanmeldung P 22 31 684.3 dargestellt. Dort ist ausgeführt, daß das Thermoventil einen aufgespulten Bimetallstreifen aufweist, der in Abhängigkeit von den Veränderungen der Umgebungstemperatur sich entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn bewegt. Gewöhnlich ist bei dieser Art von Ventil das eine Ende des Bimetallstreifens in der Mitte der Spule fest angebracht, während das andere Ende frei ist und sich deshalb frei bewegen kann, wenn sich die Spule in
der einen oder anderen Richtung dreht. Das obige Thermoventil

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

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weist außerdem ein Paar Blattfederelemente oder eingespannte Federelemente auf, die an dem freien Ende des Bimetallstreifens untrennbar befestigt sind, und zwar je einer auf jeder Seite des Streifens, wobei ein Paar Anschläge an den Blattfederelementen angebracht sind.

Bei dieser bekannten Vorrichtung erstreckt sich das freie Ende des Bimetallstreifens zwischen einem Luftventilpaar, wobei dann, wenn sich der Streifen in seiner normalen oder Mittelstellung zwischen diesen Ventilen befindet, die Anschläge beide Ventile vollständig schließen. Das eine oder das andere Luftventil wird jedoch geöffnet, wenn sich der Streifen und damit die Blattfederelemente in der einen oder der anderen Richtung bewegen. Natürlich kann keine Luft durch beide Ventile strömen, wenn sie beide durch die Anschläge geschlossen sind. Andererseits bestimmt sich die Luftmenge, die durch ein Ventil strömt, wenn es geöffnet ist, durch das Ausmaß, bis zu dem der Anschlag von dem Ventil wegbewegt worden ist, d.h. durch die Verengung oder Einschnürung, die dann noch vorhanden ist, und diese wiederum hängt davon ab, in welchem Maße sich der Bimetallstreifen infolge der Veränderungen, die in der Umgebungstemperatur eingetreten sind, bewegt hat.

Obgleich dieses in der obigen Patentanmeldung beschriebene Thermoventil die ihm zugedachte Aufgabe erfüllt, haften ihm dennoch gewisse Nachteile an. So wird beispielsweise aufgrund der Tatsache, daß sich die Blattfederelemente und die auf ihnen angebrachten Anschläge an dem freien Ende des Bimetallstreifens befinden, der Streifen belastet, was bedeutet, daß das Thermoventil verhältnismäßig langsam oder träge auf Veränderungen der Temperaturbedingungen anspricht oder reagierte Ferner ist darauf hinzuweisen, daß die Anschläge im Laufe der Benutzung bestrebt sind, sich in bezug auf die

ZU.

Ventilöffnungen etwas aus der Fluchtungslage verschieben,

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was zur Folge hat, daß die Betriebsweise der durch das"Thermo— ventil gesteuerten Anordnung zufällig unerwünschte Schwankungen oder Veränderungen erleidet. Die notwendige Ausrichtung der Anschläge auf die Ventilöffnungen ist ferner deshalb problematisch, weil sich die Anschläge in Wirklichkeit auf einem zwischen ihnen liegenden Bogen bewegen, so daß die Qualitätskontrolle bei der Herstellung dieser Thermoventile einen wichtigen Faktor bildet.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, die obigen Nachteile dieses bekannten Thermoventils zu vermeiden. Dies gelingt dadurch, daß die eingespannten oder Blattfederelemente und die auf ihnen angebrachten Anschläge beseitigt werden und stattdessen eine flache Platte benutzt wird, die mit dem freien Ende des Bimetallstreifens gekoppelt ist, jedoch keinen integralen Bestandteil des Streifens bildet. Die Platte ruht auf der Oberfläche eines Körpers, in dem die Luftventile sich befinden, und bewegt sich oder gleitet erfindungsgemäß horizontal über die Ventilöffnungen, was bedeutet, daß die Drehbewegung des Bimetallstreifens in eine geradlinige Bewegung umgesetzt wird, also ein entscheidenfer Vorteil erreicht wird. Da ferner das Gewicht der Platte vollständig von dem Ventilkörper getragen wird und der Reibungskoeffizient zwischen der Platte und dem Körper bewußt auf einen sehr geringen Wert herabgesetzt wird, beispielsweise durch Beschichten der Plattenunterseite mit Teflon, wiiktwährend des Betriebs des Bimetallstreifens eine außerordentlich kleine Last auf ihn ein. Infolgedessen ist das erfindungsgemäße Thermoventil gegen Temperaturveränderungen sehr empfindlich und reagiert oder spricht rasch auf solche Veränderungen an. Es wird außerdem darauf hingewiesen, daß das Problem der fluchtenden Ausrichtung nunmehr beseitigt ist, weil sich die Platte, durch die die Luftventile geöffnet und geschloss.en werden, geradlinig bewegt.

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Die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe, ein schnell wirkendes, zuverlässig arbeitendes Thermoventil verhältnismäßig einfacher Konstruktion zu schaffen, das rasch auf Temperaturänderungen anspricht und bei dem die fluchtende Ausrichtung der Teile weder bei der Ventilherstellung noch im Betriebszustand des Ventils Probleme aufwirft und bei dem darüberhinaus die Bewegung des das Ventil öffnenden und

ist schließenden Körpers geradlinig erfolgt, in der obigen Weise gelöst.

Zusammenfassend gesagt, betrifft die Erfindung somit ein thermostatgesteuertes Ventil, das außerordentlich empfindlich ist und deshalb auf Temperaturänderungen schnell anspricht. Dieses Ventil ist mit einem aufgespulten Bimetallstreifen versehen, der an seinem einen Ende befestigt ist und dessen anderes Ende mit einer flachen Platte in Verbindung steht. Diese flache Platte ruht auf einem Körper, der ein Öffnungspaar enthält, das durch die Platte abgedeckt oder aufgedeckt wird, wenn sich die Platte unter der Drehbewegung des Bimetallstreifens waagerecht bewegt. Die Empfindlichkeit des Ventils ist dabei darauf zurückzuführen, daß die Platte die Spule kaum belastet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten

Ausführungsform eines Thermoventile, bei dem sich das Bimetallelement in einer neutralen oder Mittellage befindet, in der beide Luftventile geschlossen sind,

Fig. la eine Stirnansicht der in Fig. 1 gezeigten Platte, aus der der Aufbau der Platte ersichtlich ist,

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Pig. 2 eine Draufsicht des Ventilteils der Ausführungsform von Fig. 1, die den Bimetallstreifen in einer Extremlage zeigt, wodurch eine der Ventilöffnungen vollständig freigelegt wird,

Fig. 2a eine Vorderansicht des in Fig. 2 gezeigten Thermoventilteils, und

Fig. 3 eine Draufsicht des Ventilteils, aus der das

Bimetallelement in der anderen Extremlage ersichtlich ist, wodurch die andere Ventilöffnung vollständig freigelegt ist.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform des hier zu beschreibenden Ventils weist grundsätzlich einen aufgespulten Bimetallstreifen 10, einen Ventilkörper 11 und eine Platte 12 auf, wobei der aufgespulte Streifen der temperaturempfindliche Teil der Vorrichtung ist, und der Ventilkörper und die Platte zusammen den Ventilteil bilden. Die Spule 10 ist an einer mit 13 bezeichneten Wand der Vorrichtung angebracht, die das Thermoventil beherbergt. Dies geschieht dadurch, daß das eine Ende des Streifens, nämlich das Ende 10a, das sich in Spulenmitte befindet, an einer Stange oder einem Schaft 13a starr befestigt wird, der von der Wand absteht, während das andere Ende des Streifens, das hier als freies Ende 10b bezeichnet wird, sich von dem Spulenkörper aus abwärts erstreckt. Der aufgespulte Bimetallstreifen 10 entspricht der Art, wie ;er in vielen thermostatischen oder temperaturempfindlichen Einrichtungen, die sich auf dem Markt befinden, anzutreffen ist und ist deshalb ein übliches Bauelement.

Der Ventilkörper 11 iet ein massiver Materialblock, in dem sich ein Paar Ventilöffnungen 11a und 11b befinden, die sich durch ihn und durch einen muldenartigen Schlitz lic hindurcherstrecken, der zwischen den Öffnungen liegt. Die Zugänge, die zu den Öffnungen 11a und 11b führen, werden als Eintritts— kanäle lld und He bezeichnet, und liegen in der Oberfläche Hf,

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die vorzugsweise eine flache und diejenige Oberfläche ist, die der Spule IO am nächsten liegt. Der Schlitz lic befindet sich ebenfalls in der Oberfläche Hf und liegt vorzugsweise gerade in der Mitte zwischen den beiden Eintrittskanälen· Die Öffnungen 11a und Hb sind einschließlich ihrer Eintrittskanäle vorzugsweise miteinander identisch, und der Schlitz lic ist vorzugsweise symmetrisch ausgebildet. Der Ventilkörper ist ebenfalls an der Wand 13 angebracht, wobei der Abstand zwischen ihm und der Spule über ihm so gewählt ist, daß sich das freie Ende 10b nach unten in den Schlitz Hc hineinerstrecken kann.

Was schließlich die Platte 12 anbelangt, so ist diese Platte dünn und leicht und ruht verschiebbar auf der Oberfläche Hf. Da die Oberfläche Hf flach ist, ist die Platte 12 ebenfalls flach und weist, wie aus der Zeichnung ersichtlich, einen schmalen Schlitz 12a auf, durch den hindurch das freie Ende Hb geführt ist. Somit ist die Platte mit dem Streifen 10 gekoppelt, jedoch nicht untrennbar mit ihm verbunden» Anders ausgedrückt heißt das, die einzige Verbindung zwischen der Platte 12 und dem Bimetallstreifen ist darin zu sehen, daß der Streifen durch den Schlitz 12a hindurchläuft, und da das Gewicht der Platte 12 vollständig von dem Ventilkörper 11 getragen wird, ergibt sich, daß die auf den Bimetallstreifen einwirkende Belastung auf praktisch null reduziert ist. Es bedarf keiner näheren Erläuterung, daß aufgrund der oben beschriebenen Kupplung bzw. Verbindung die Platte 12 auch daran gehindert wird, von der Oberfläche des Ventilkörpers 11 herunterzufallen,, Was die Abmessungen der Platte 12 anbelangt, so sind ihre Länge und Breite so bemessen, daß die Eintrittskanäle iid und He abgedeckt werden, wenn das freie Ende iOb im Schlitz Hc zentriert ist. Um jedoch die Empfindlichkeit des Thermoventils auf ein Maximum zu steigern und dadurch seine Eeaktions- oder Ansprechzeit auf ein Minimum zu verringern, soll die Platte vorzugsweise die Eintrittskanäle gerade so abdecken, wenn das freie Ende

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des Bimetallstreifens in dem Schlitz zentriert ist« Auf diese Weise führt die geringste Bewegung der Platte dazu, daß der eine oder andere Eintrittskanal teilweise aufgedeckt wird.

TJm die Schnelligkeit weiter zu erhöhen, mit der das Thermoventil auf Veränderungen der Umgebungstemperatur anspricht, weist das Thermoventil vorzugsweise Mittel auf, mit denen die zwischen dem Ventilkörper 11 und der Platte 12 auftretende Reibung verringert wird. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist in Fig. la dargestellt, wo die Platte auf ihrer Bodenseite mit einem Material lh beschichtet ist, das einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist, beispielsweise Teflon. Eine andere Möglichkeit ist dadurch gegeben, daß der Ventilkörper 11 aus solch einem Material hergestellt wird oder wenigstens seine Oberfläche Hf mit einem solchen Material beschichtet wird. Natürlich lassen sich auch beide genannte Möglichkeiten miteinander kombinieren, wenn dies verlangt wird.

Schließlich weist das in Fig. 1 dargestellte Thermoventil den üblichen Temperatureinstellhebel 15 auf, mit dem sich die Spule so spannen läßt, daß die Temperatur des Thermoventils über oder unter den Wert der Umgebungstemperatur eingestellt wird, um irgendeine beliebige Einrichtung, die an das Ventil angeschlossen ist, zu steuern, so beispielsweise ein Luftklimatisierungssystem. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist der Hebel 15 mit der Spule 10 am Ende 10a gekoppelt und erstreckt sich zwischen dem Ventilkörper 11 und der Wand 13 nach unten, wobei das untere Ende des Hebels unter die Ebene der Wand 13b ragt, so daß es leicht manuell zugänglich ist.

Schließlich erscheint der Hinweis angebracht, daß sowohl der Ventilkörper 11 als auch die Platte 12 zwar aus Materialien gefertigt sind, die nach Gesichtspunkten der Konstruktion und Wirtschaftlichkeit der Fertigung ausgewählt sind, daß sich aber dafür eine Vielzahl geeigneter Materialien anbietet« So kann beispielsweise der Ventilkörper 11 aus irgendeinem robusten und billigem Plastikmaterial gegossen

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werden, während die Platte 12 aus Plastik oder Metall gefertigt werden kann· Auch Aluminium wurde bereits zur Herstellung der Platte 12 verwendet und hat sich als geeignet erwiesen.

Im folgenden soll nun auf die Betriebsweise des Thermoventils eingegangen werden. Wenn die Bimetallspule sich in ihrer sogenannten Ruhestellung befindet, d.h. also wenn ihr freies Ende 10b im Schlitz lic zentriert ist, werden beide Eintrittskanäle lld und He von der Platte abgedeckt, was zur Folge hat, daß keine Luft oder irgendein anderes Gas, das für diesen Zweck vorgesehen ist, durch die Öffnungen Ha und Hb hindurchtreten kann. Das Ventil ist dann vollständig geschlossen. Das in Fig· I dargestellte Thermoventil befindet sich in diesem Betriebszustand, wenn die Temperatur, auf die es eingestellt ist, der Umgebungstemperatur entspricht.

Wenn das Thermoventil jedoch auf eine Temperatur eingestellt ist, die höher liegt als die Umgebungstemperatur, beispielsweise durch Bewegen des Hebels 15 zu der Temperaturmarkierung "wärmer", dreht sich die Spule und damit das freie Ende 10b entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn, und zwar in Abhängigkeit davon, wie das Thermoventil gebaut ist. Angenommen, das freie Ende 10b bewegt sich im Gegenuhrzeigersinn, dann bewegt sich in diesem Fall die Platte 12 geradlinig über die Oberfläche Hf nach rechts, wodurch der Eintrittskanal lld/eilweise freigelegt wird. Die Platte 12 setzt ihre Bewegung nach rechts in Abhängigkeit von der Bewegung des Endes 10b so lange fort, bis das Ende 10b an der Seite oder Wand des Schlitzes Hc anstößt, wie dies in Fig. 2 und 2a dargestellt ist. An dieser Stelle können sich das Ende 10b und die mit ihr verbundene Platte 12 nicht weiterbewegen,

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und deshalb ist nun der Eintrittskanal lld maximal weit geöffnet. Der umgekehrte Vorgang findet statt, sobald die Umgebungstemperatur in Richtung auf die Temperatureinstellung des Thermoventils ansteigt. Wenn sich also die Umgebungstemperatur erhöht, dann bewegt sich das Ende 10b mehr und mehr in Richtung auf die Mitte des Schlitzes lic, und demzufolge deckt die Platte 12 in immer stärkerem Maße den Eintrittskanal lld ab. Man erkennt, daß dann, wenn die Umgebungstemperatur die Temperatureinstellung des Thermoventils erreicht, das Ende 10b wieder in der Mitte des Schlitzes lic liegt, und der Eintrittskanal lld wieder vollständig von der Platte 12 bedeckt ist. Das Thermoventil befindet sieh wieder in seiner Ruhelage.

Wenn andererseits das Thermoventil auf eine Temperatur eingestellt wird, die unter der Umgebungstemperatur liegt, beispielsweise durch Bewegen des Hebels 15 in Richtung auf die Temperatureinstellung "kühler", dann bewegen sich die Spule und damit das Ende 10b im Uhrzeigersinn. Wenn dies geschieht, bewegt sich die Platte 12 geradlinig über die Oberfläche Hf nach links, um dadurch den Eintrittskanal He teilweise zu Öffnen. Wie im obigen, so setzt auch hier die Platte 12 ihre Bewegung in dieser Richtung solange fort^, bis das Ende 10b an' der gegenüberliegenden Wand oder Seite des Schlitzes Hc anstößt. An dieser Stelle ist dann der Eintrittskanal He maximal weit geöffnete Es bedarf keiner näheren Erläuterung, daß sich das Ende 10b, sobald sich die Umgebungstemperatur der Temperatureinstellung des Thenaoventils nähert, sich weiter von der Wand des Schlitzes wegäbewegt, bis es, wenn die Temperaturen gleich sind, die Schläftzmitte erreicht hat. An dieser Stelle befindet sich das Thermoventil dann wieder in seinem Ruhezustand, was bedeutet, daß beide Eintrittskanäle wieder vollständig von der Platte 12 abgedeckt werden.

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Man erkennt, daß das maximale Ausmaß, bis zu dem die Exntrxttskanäle durch die Platte geöffnet oder aufgedeckt werden, nicht nur von der Größe oder den Abmessungen dieser Öffnungen abhängt, sondern genausogut von der Schlitzbreite. Es leuchtet ferner ein, daß die Drehbewegung der Spule 10 und damit des Endes 10b in eine geradlinige Bewegung der Platte 12 umgesetzt worden ist.

Zu den möglichen Abänderungen der oben beschriebenen Vorrichtung, die der Fachmann ohne weiteres vornehmen kann, gehört auch, daß die Spule 10, falls dies für gewisse Anwendungsfälle verlangt wird, nicht, wie in Fig. 1 gezeigt, über sondern unterhalb des Ventilkörpers 11 angeordnet werden kann. In einem solchen Falle würde sich der Schlitz lic durch den ganzen Ventilkörper 11 hindurcherstrecken, um ihn damit in zwei gleiche Teile zu teilen. Das Ende 10b würde sich dann durch den Schlitz lic nach oben erstrecken, um, wie bei der beschriebenen Ausführungsform, mit der Platte 12 eine Kupplung herzustellen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. ) Thermoventil, gekennzeichnet durch einen Körper (ll) mxt einem Paar Ventilöffnungen (llä, lib), deren Eintrittskanäle (lld, lie) in einer der Oberflächen (lit) des Körpers (ll) liegen, eine auf dieser einen Oberfläche (llf) verschiebbar gelagerten Platte (12), deren Abmessungen so gewählt sind, daß die Platte gerade beide Eintrittskanäle (lld, lie) bedeckt, wenn sie sich in der Mitte zwischen ihnen befindet, und durch eine Vorrichtung (1O₉ 10a, 10b, 15), die ein temperaturempfindliches Element (lO) aufweist, das mit der Platte (12) in Verbindung steht und in Abhängigkeit von den herrschenden Temperaturbedingungen arbeitet, um die Platte (12) auf der Oberfläche (llf) zu verschieben und dadurch wahlweise einen der Eintrittskanäle (lld, lie) aufzudecken·

2. Thermoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil mit Mitteln (lk) versehen ist, durch die die Reibung zwischen der Platte (12) und dem Ventilkörper

(11) verringerbar ist.

3« Thermoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (ll) zwischen den Eintrittskanälen (lld, lie) einen Schlitz (lic) aufweist, daß die Platte

(12) zwischen ihren Enden einen Durchgangsschlitz (12a) besitzt, und daß das temperaturempfindliche Element (lO) dadurch mit der Platte (12) in Verbindung steht, daß ein Teil (lOb) dieses Elements sich durch den Schlitz (l2a) der Platte hindurch und in den Schlitz (lic) hineinerstreckt_o

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k. Tliermoventi 1 nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittskanale (lid, lie) gleich groß sind, und daß sich der Schlitz (lic) in der Mitte zwischen ihnen befindet.

5. Thermoventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das temperatureinpfindliche Element (1O) ein aufgespulter Bimetallstreifen ist, dessen eines Ende in der Spulenmitte befestigt ist, und dessen anderes Ende sich durch den Schlitz (12a) hinduroh in den Schlitz (lic) des Ventilkürpers (ll) hineinersireckt.

6. Thermoventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Lage und Abmessungen des Schlitzes (lic) so gewählt sind, daß einer der Eintrittskannle (lld, lie) von der Platte (l2) abgedeckt und ein bestimmter Teil des anderen Eintrittskanals durch die Platte (ll) aufgedeckt wird, wenn der Teil (lOb) des temperaturempfindlichen Elements (lO), der sich in den Schlitz (lic) hineinerstreckt, an der einen Seite des Schlitzes anliegt, und ferner so, daß der andere Eintrittskanal von der Platte abgedeckt und ein bestimmter Teil des ersten Eintrittskanals von der Platte aulgedeckt wird, wenn der Teil (lOb) des temperaturempfindlicheii Elements (lO), der sich in den Schlitz (lic) hineinerijtreekt, an der anderen Seite des Schlitzes anliegt.

7. Thermoventil nach Anspruch 5, dadurch* gekennzeichnet, daß die Eintrittskanäle (lld, lie) gleich groß sind, und daß der Schlitz (lic) in der Mitte zwischen ihnen angeordnet ist, daß die Platte (12) beide Eintrittskanäle abdeckt, wenn das andere Ende (lOb) des Bimetallstreifens (lO) in der Mitte zwischen den Seiten des Schlitzes (lic) liegt, und daß die Platte (12) den einen oder den anderen

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Eintrittskanal aufdeckt, sobald das andere Ende (lOb)
des Bimetallstreifens (lO) sich in Abhängigkeit von der
Änderung der Temperaturverhältnisse in Richtung auf die
eine oder die andere Seite des Schlitzes (lic) bewegt.

8. Thermoventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ferner mit einem Mechanismus (15) ausgerüstet ist, durch den der aufgespulte Bimetallstreifen (lO) spannnut* Ist, um die Temperatur des Thermoventils einzustellen.

9. Thernioventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich das andere Ende (iOb) des Bine tailstreifens (lO) in Richtung auf die eine oder die andere Seite des Schlitzes (Lic) bewegt, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die Temperatur, auf die das Themioventil eingestellt i:it, höher oder niedriger liegt als die Urigebungs temperatur.

iO„ Thermoventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (12) auf der dem Körper (ll) zugewandten Seite Liit einer reibungsnLudernden Substanz (i't) beschichtet ist_o

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Λ*

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