DE2419515A1

DE2419515A1 - Ventilbaugruppe insbesondere zur verwendung in einem kuehlsystem

Info

Publication number: DE2419515A1
Application number: DE2419515A
Authority: DE
Inventors: Charles Dunlap Orth
Original assignee: Controls Company of America
Current assignee: Controls Company of America
Priority date: 1973-04-25
Filing date: 1974-04-23
Publication date: 1974-11-14
Also published as: US3822563A; IT1010078B; JPS5013951A; AU6548874A; ES425595A1; FR2227503A1

Description

Ventilbaugruppe insbesondere zur Verwendung in einein Kühlsystem.

Die Erfindung betrifft eine Ventilbaugruppe, die insbesondere in einem Kühlsystem verwendbar ist und zur Regelung der Verdampferauslaßtemperatur im System dient.

Es ist bereits eine Ventilbaugruppe zur Verwendung bei einem Kühlystem in der Rückleitung von einam Verdampfer zu einem Kompressor an einer Stelle in der Nähe des Verdampferauslasses bekannt, damit ein Vereisen des Verdampfers verhindert wird, indem die Verdampferauslaßtemperatur so geregelt wird, daß sie über einem bestimmten Wert liegt, wobei die Ventilbaugruppe ein Ventil aufweist, das von einer auf die Temperatur ansprachenden Motorvorrichtung relativ zu einem Ventilsitz bewegbar ist.

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Es ist nun wünschenswert, dass eine solche Ventilbaugruppe ein schnelles Herunterfahren des Kühlsystems bewirkt und dennoch eine ausreichende thermische Eigenträgheit hat, um Pendeleffekte kleinstmöglich zu machen.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Motorvorrichtung eine Wachsfüllung umfasst, die bei Temperaturen oberhalb des bestimmten Wertes schmelzen und sich ausdehnen kann, wobei die Wachsfüllung vollständig auf der stromauf gelegenen Seite des Ventils angeor-dnet ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch ein

Kombinationsventil in einem Kühlsystem, das ein erfindungsgemäss ausgebildetes Regelventil in einer Saugleitung umfasst, das von einem Wachs element betätigt wird;

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt gemäss 2-2

in Fig. 1;

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch eine

andere Ausführungsform des Kühlmittelregelventils mit einer Balganordnung, die den Wachs elementmotor' und insbesondere

das darin befindliche Elastomer gegenüber dem Kühlmittel abdichtet;

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Fig.. 4 einen senkrechten Schnitt durch ein

weiteres Ventil, das ebenfalls eine Balgdichtung umfasst;

Fig. 5 einen senkrechten Schnitt durch ein

weiteres Ventil, das jedoch Iceine Elastomere aufweist und bei dem ein Balg dazu verwendet xvird, das Wachs in der Motorbaugruppe zu halten; und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform mit einem

Balg zur Umschliessung des Wachses.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten System liefert ein Kompressor P warmes, verdichtetes Kühlmittel zu einem Kondensator C. Das den Kondensator verlassende flüssige Kühlmittel kann wahlweise zu einem Sammelbehälter strömen, gelangt jedoch schliesslich in einen Einlass 10 in einem Ventilkörper 12. Die Strömung von dem Einlass 10 zu einem Auslass 14 wird von einem thermostatischen Ausdehnungsventil geregalt,das in diesem Fall ein Kugelventil 16 umfasst, das von einer Feder 18 in Schliessrichtung beaufschlagt ist, die von einem Verschlussteil 20 abgestützt wird, das in den Ventilkörper eingeschraubt und mittels eines O-Ringes 22 abgedichtet ist. Das Ventil wird in Öffnungsrichtung von einem Schubstift 24 bewegt, der von einem Gleitstift 26 betätigt wird, den wiederum eine Membran 28 betätigt. Der Gleitstift ist in der Waise hohl, dass der Raum 30 mit einer Membrankammer 32 oberhalb der Mambran in Verbindung stehen kann. Somit ist die bestimmende Grosse in der Kammer oberhalb der Membran die Temperatur

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im Raum 30 innerhalb des Gleitstiftes 26. Eine Drossel hält die Verschiebung von Flüssigkeitsmengen aus dem Raum 30 in die Membrankammer 32 selbst dann niedrig, wenn das Ventil umgedreht wird. Der Gleitstift 26 ist durch eine Hülse 36 aus Kunststoff teilweise isoliert, damit Pendelbewegungen wähend des Ventilbetriebs vermindert werden.

Der Auslass 14 des Ventilkörpers ist mit dem Einlass eines Verdampfers E verbunden, und das den Verdampfer verlassende Kühlmittel tritt in eine Öffnung 38 ein und strömtuüber den hohlen Gleitstift. Somit ist die vom hohlen Gleitstift und der darin befindlichen Füllung festgestellte Temperatur die Temperatur in der Rückströinleitung und im Auslass des Verdampfers E. Der Druck an dieser Stelle kann mit der Unterseite der Membran 28 in Verbindung stehen, so dass die Betätigung des Kugelveiüls 16 von der Temperatur und dem Druck in der Umgebung des Gleitstiftes beeinflusst wird. Eine vollständige Beschreibung der Einzelheiten eines Ventils dieser Bauart kann der US-PS 3 537 645 entnommen werden.

Die Auslasstemperatur des Verdampfers wird von einer Ventilbaugruppe 40 geregelt, die von einem Wachselement betätigt wird. Die Ventilbaugruppe 40 arbeitet in der Weise, dass die Bewegung eines Ventils 42 relativ zu einem Ringsitz 44 entsprechend der an einer Krafteinheit 46' mit dem Wachselement festgestellten Temperatur gesteuert "wird. Die Krafteinheit umfasst eine Wachsfüllung 48, die bei ihrer Ausdehnung eine Membran 50 so auslenkt, dass diese gegen einen Kolben 52 drückt, der in eine Führung 54 eingepasst ist und auf einer Stellschraube 56 aufsitzt, die in ein Naben-

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teil 58 eingesehraubt ist, das in der Mitte des Ringsitzes 44 gehalten wird. Das Ventil bzw. die Ventilscheibe 42 ist auf das rechte Ende der Führung 54 gegen einen Flansch aufgepasst und in dieser Stellung befestigt, beispielsweise wie bei 62 versternmt. Somit bewegt sich die Ventilscheibe mit der Führung. Zwischen der Ventilscheibe und einem Bügel 66 ist eine Feder 64 eingespannt. Der Bügel 66 hat Enden, die durch den Ringsitz ragen und an diesem bei 68 befestigt sind, beispielsweise durch Verstemmen. Der Aussen— rand des Ringsitzes ist zwischen dem Ventilkörper des Kombinationsventils und einem Halteteil 70 eingeklemmt. Daher sind der Ringsitz 44 und das Joch 66 ortsfest relativ zur Kombinationsventilbaugruppe, und die Feder 64 drückt die Ventilscheibe gegen den Ringsitz. Wenn die Wachsfüllung 48 fest ist und somit ihr kleinstes Volumen hat, kann das Ventil 42 auf dem Ringsitz aufsitzen. Wenn jedoch die kritische Temperatur bzw. Stelltemperatur erreicht ist, dehnt sich die Wachsfüllung beträchtlich aus. Da sich der Kolben 52 nicht relativ zur feststehenden Stellschraube bewegen kann, drückt das Wachselement sich selbst und das Ventil 42 vom Ringsitz 44 weg. Während des normalen Betriebes ist das Ventil offen; wenn jedoch die eingestellte niedrige Temperatur erreicht wird, verfestigt sich das Wachs und bewirkt, dass das Ventil schliesst.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass das Wachselement in der Weise wirken kann, dass es die Temperatur am Verdampferauslass bzw. - mit anderen Worten - an der Krafteinheit regeln kann. Die Krafteinheit ist eine beträchtliche Strecke stromauf des Ventils 42 angeordnet, und wird daher nicht durch

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die Expansion beeinflusst, die aufgrund und während der Drosselwirkung dee Ventils hinter dem Ventil 42 auftritt. Wenn das Ventil 42 geschlossen ist, ist die Strömung zum Kompressor nicht vollständig gesperrt, da die Ventilscheibe, bei der es sich um ein einfaches Stanzteil handelt, mit zahlreichen Äblasskerben 72 versehen ist, die eine geringe Strömung am Ventil vorbei selbst dann ermöglichen, wenn es geschlossen ist. Dies führt zu einer begrenzten Kühlmittelströmung zum Kompressor, damit eine Beschädigung des Kompressor verhindert wird.

Wie bereits bemerkt wurde, arbeitet die beschriebene Aus— führungsform in der Weise, dass die Temperatur an der Messstelle geregelt wird, wobei dies unabhängig vom Druck an dieser Stelle erfolgt. Dies macht es dann möglich, ein schnelles Herunterfahren des Kühlsystems beim Anlassen zu erreichen. Dieses Herunterfahren erfolgt schneller, als es mit einem auf Druck ansprechenden Steuerventil möglich wäre. Aufgrund der offensichtlichen thermischen Verzögerung der Wärmemotorbaugruppe besteht eine glättende Wirkung, so dass das Pendeln kleinstmöglich gemacht wird.

Es ist zu bemerken, dass der Ringsitz ein einfaches Stanzteil ist, das in der Mitte eine Öffnung hat, in die das Nabenteil 58 eingesetzt ist. Durchlässe 74 ermöglichen eine Strömung durch den Ringsitz, wenn das Ventil offen ist. Die Ventilscheibe ist ein einfaches Stanzteil, und die Karban für die Sickerströmung können "wahrend des Stanzens der Ventilscheibe ausgebildet werden. Auch das ' Joch 66 wird durch einen einfachen Stanz- bzw. Pressvorgang herge-

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stellt. Das Joch erfüllt zwei Aufgaben; es führt die Kolbenführung .54 und dient als Sitz für die Feder 60.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist klar, dass die Wärmemotorbaugruppe eine elastomere bzw. gummiartige Membran 50 aufweist, die durch Berührung mit dem Kühlmittel während eines längeren Zeitraumes nachteilig beeinflusst werden kann. Um diese Wirkung kleinstmöglich zu halten, kann die in Fig. 3 dargestellte Ausbildung verwendet werden. Bei dieser Ausbildung ist die Wärmemotorbaugruppe 80 in einem Ventilelement 82 befestigt, wobei dies dadurch erfolgt, dass der linke Rand des Ventilelementes über die Wärmemotorbaugruppe wie bei 83 gerollt wird. Das Ventilelement hat eine Aussenschulter 84, die auf einem nach innen geneigten Sitzabschnitt 86 eines Halters 88 aufsitzen kann. Die Motorbaugruppe umfasst einen üblichen Führungsabschnitt 90, von dem ein Kolben 92 ausgeht, der in einem Klotz 94 sitzt, der innerhalb einee Balg 96 angeordnet ist, der mit dem Ventilelement 82 bei 98 hermetisch verbunden ist. Das rechte Ende des Balgs ruht auf einem Sitz 100, der mit einem mit einem Gewinde versehenen .Schaft 102 versehen ist, der durch ein mit einem Gewinde versehenes NabentaL 104 hindurchgeht und vom Halter getragen wird, so dass eine Einstellung möglich ist. Die Baugruppe aus Ventil .und Wärmemotor, die eine zusammengehörende Einheit bildet, wird von einer Feder 106 in die geschlossene Ventilstellung, d.h. auf den Sitzabschnitt 96 gedrückt. Die Feder 106 ist zwischen dem Wärmemotor und dem Ventil einerseits und dem offenen Einlassende des Halters 88 andererseits eingespannt, wobei der Feder-

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sitz am offenen Einlassende durch Einbiegen von Abschnitten des Einlasses des Halters 88 gebildet wird, wie dies bei 108 gezeigt ist. Es ist zu erkennen, dass bei dieser Ausbildung das Wachs 110 im Motorabschnitt 112 noch ausreichend stromauf des Ventils und des Sitzes angeordnet ist, so dass es daher durch die Drosselwirkung des Ventils nicht beeinflusst wird. Das durch das System strömende Kühlmittel kann den Kolben 92 nicht berühren und nicht zwischen den Kolben und die Führung 90 strömen, so dass es die gummiartige Membran und dgl. innerhalb des Wachselement-Stellmotors nicht erreicheri^kann. Selbstverständlich wird die in Fig. 3 dargestellte Baugruppe in die Rückströmleitung vom Verdampfer zum Kompressor eingebaut und kann bei geringfügiger Abwandlung des in Fig. 1 dargestellten Kombinationsventils auch in dieses eingebaut werden. In diesem Falle erfolgt die Strömung durch das Innere des Halters 88 am Ventil 82 vorbei zu Auslassöffnungen 114, die in der Seite des Halters 88 stromab des Ventils ausgebildet sind. Der auf den Balg wirkende Systemdruck hat nur sehr geringe Wirkung, da die vom Wachselementinotor entwickelte Kraft verhältnismässig gross ist.

Fig. 4 zeigt eine andere Möglichkeit für eine Balgdichtung zwischen dem Wachselement-Stellmotor 120 und dem durch das System strömenden Kühlmittel. Bei dieser Ausführungsform würde die Strömung von rechts nach links in Fig. 4 erfolgen. Bei dieser Ausführungsform ist das Innere des Wachselementes gegenüber dem Kühlmittel durch einen Balg 122 isoliert, dessen eines Ende an einer Buchse 124 befestigt ist, die au£- eine Kolbenführung 126 aufgeschraubt ist. Das geschlossene Ende des Balgs ist zwischen einem mit einem Kopf versehenen Ende

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eines Kolbens 128 und einem erweiterten Kopf 130 einer Stellschraube 132 eingeklemmt, die durch ein Ringsitzelement 134 geschraubt ist. Die Ausbildung dieses Ringsitzes ist der des in Fig. 1 dargestellten vergleichbar, und auch dieser Ringsitz dient zur Halterung eines Jochs 136, dessen nach innen gezogener Abschnitt 138 als Führung und als Sitz für eine Feder 140 dient, die zwischen dem Joch und einem Ventilelement 142 eingespannt ist. Der linke Abschnitt des Ventil element es ist mit einem nach aussen gebogenen Flansch 144 versehen, der als Ventil arbeitet, das mit einem Sitzabschnitt 146 des Ringsitzes zusammenwirkt. Das rechte Ende des Ventilelementes ist mit einem nach innen gebogenen Flansch 148 versehen, und die Kraft der Feder versucht, diesen Flansch gegen eine Schulter 150 der Wachsmotorbaugruppe zu drücken, wobei zwischen den Flansch 148 und die Schulter 150 eine Dichtung 152 eingesetzt ist, die eine Strömung an dieser Stelle verhindern soll, die selbstverständlich das Ventil umgehen würde. Wenn das Wachs fest ist und daher sein geringeres Volumen hat, sitzt daher der Flansch bzw. das Ventil 144 auf dem Sitzabschnitt 146. Der Rand des Ventils kann mit Kerben versehen sein, die eine Sickerströmung zulassen. Wenn sich das Wachs im Stellmotor ausdehnt, muss sich die Stellmotorbaugruppe relativ zum Kolben 128 bewegen, da der Kolben 128 keine Möglichkeit zur Verschiebung hat. Dies bewirkt dann, dass die Stellmotorbaugruppe das Ventileiement 142 anhebt und das Ventil 144 entgegen der Vorspannung der Feder 140 vom Sitzabschnitt 146 abhebt. Diese Ausbildung ist der in Fig. 3 gezeigten insofern ähnlich, als der Balg der Verhinderung einer Berührung des Kühlmittels mit dem Elastomer dient. Dadurch kann die Auswahl des Elastomers vereinfacht werden. Alternativ oder

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gleichzeitig kann dadurch die Lebensdauer der Elastomere erhöht werden.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform weist der Wärmemotor überhaupt kein Elastomer auf. Bei dieser Ausführungsform ist ein Ringsitz 160 im wesentlichen wie bei den anderen Ausführungsformen ausgebildet, wobei jedoch das in der Mitte angeordnete Nabenteil 162 zur Aufnahme des mit einem Gewinde versehenen Endes einer Stell- bzw. Eichstange 164 dient, deren vergrösserter Kopf am flachen Ende 166 eines Balgs 168 anliegt, dessen offenes Ende hermetisch mit einem äusseren Gehäuse 170 und einer Führungsscheibe 172 verbunden ist. Das wärmeempfindliche Wachs befindet sich in dem Raum zwischen dem Balg und dem Gehäuse 170. Das Gehäuse wird von einem Joch 176 geführt, das bei 178 mit dem Ringsitz beispielsweise durch Verstemmen verbunden ist. Das Gehäuse wird von einer Feder 180 gegen den Ringsitz gedruckt, und daher wirkt das linke. Ende' des Gehäuses als Ventil, das sich relativ zum Ringsitz bewegen kann. Das Joch ermöglicht selbstverständlich eine Strömung am Joch vorbei und, wann das Vefcil offen ist, durch das Ventil und dann durch Öffnungen 182 im Ringsitz.

Es ist ersichtlich, dass bei dieser Ausführungsform die Wachsfüllung zwischen dem Gehäuse 170 und dem Balg 168 eingeschlossen ist und dass kein Elastomer verwendet wird, um die Ausdehnung und Kontraktion des Wachses in eine lineare Bewegung des Kolbans 164 bzw. - wie in diesem Fall in eine lineare Bewegung des Gehäuses 170 umzuwandeln. Die Bewegung wird einfach durch das sich vergrössernde und verkleinernde Volumen des Wachses innerhalb des Gehäuses

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bewirkt. Wenn das Wachs warm und daher ausgedehnt ist, wird das Gehäuse 170 entgegen der Spannung der Feder zu einer Bewegung nach rechte gezwungen, so dass dadurch der Ventilabschnitt relativ zum Ringsitz bewegt wird, wodurch eine Strömung ermöglicht wird. Wenn die Schalttemperatur erreicht ist, schrumpft das Wachs und verfestigt sich. Während das Wachs abkühlt, dehntyfeich der Balg effektiv aus, da er aufgrund der Erwärmung zusammengedrückt war, so dass der Balg nicht mehr unter Spannung steht. Dies stellt eine lange Lebensdauer des Balgs sicher.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. In diesem Fall befindet sich das Wachs 190 innerhalb eines Balgs 192 statt auf der Aussenseite des Balgs. Wie noch klar werden wird, hat dies den Nachteil, dass der Balg bei einer Verfestigung des Wachses unter Spannung gesetzt wird. Wenn das Wachs abkühlt, wird der Balg zusammengezogen und kann in nachteiliger Weise unter Spannung gesetzt werden, was eine Verkürzung der Lebensdauer des Balgs zur Folge hat. Daher ist diese Ausführungsform nicht.ganz so günstig. Jedenfalls ist die Balganordnung an einem Kopf 194 einer mit einem Gewinde versehenen Stellbzw. Eichstange 196 befestigt, die durch ein Nabenteil 198 hindurchgeht, das von einem Ringsitz 200 getragen wird, der ferner ein Joch 202 trägt, dessen offenes Ende ein Zwischen joch 204 aufnimmt,. Die Mitte des Zwischen jochs stützt das Ende des Balgs 192. Die Arme des -Zwischenjochs sind bei 206 mit einem Ventil beispielsweise durch Verstemmen verbunden, das in der Mitte eine Öffnung aufweist, damit es auf die Stange 196 passt und somit von dieser geführt wird. Eine Feder 210 ist zwischen den Kopf 194 und

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das Ventil 208 eingespannt. Im zusammengezogenen bzw. festen Zustand des Wachses wird das Ventil somit auf. den Ringsitz 200 gedrückt. Wenn das Wachs erwärmt wird und sich ausdehnt, bewirkt es, dass der Balg sich verlängert., und mit seinem rechten Ende das Zwischenjoch 204 sowie das Ventil 208 anhebt, wodurch das Ventil geöffnet wird.

Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der eigentliche Wachselementfühler ein beträchtliches Stück stromauf des Ventils angeordnet, so dass er durch die Ausdehnung des durch das Ventil strömenden Kühlmittels nicht beeinflusst wird. Dies ist bei einem Kühlsystem äusserst wichtig. Sämtliche Ausführungsbeispiele umfassen sehr einfache Teile, wobei für eine Sickerströmung bei geschlossenem Ventil gesorgt ist. Ferner weisen sämtliche Ausführungsformen den Vorteil einer inhärenten thermischen Verzögerung eines Wachselementmotors auf, was sich bei einem Kühlsystem dahingehend auswirkt, dass der Zyklus geglättet wird. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass das Pendeln kleinstmöglich gehalten wird.

Patentansprüche:

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Claims

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Patentansprüche

Ventilbaugruppe insbesondere zur Verwendung bei einem Kühlsystem in der Rückleitung von einem Verdampfer zu einem Kompressor an einer Stelle in der Nähe des Verdampferauslasses, damit ein Vereisen des Verdampfers verhindert wird, indem die Verdampferauslasstemperatur so geregslt wird, dass sie über einem bestimmten Wert liegt, wobei die Venülbaugruppe ein Ventil aufweist, das von einer auf die Temperatur ansprechenden Motorvorrichtung relativ zu einem Ventilsitz bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorvorrichtung eine Wachsfüllung (48 in Fig. 1, 110 in Fig. 3, 120 in Fig. 4, 174 in Fig. 5 und 190 in Fig. 6) umfasst, die bei Temperaturen oberhalb des bestimmten Wertes schmelzen und sich "ausdehnenitann, wobei die Wachsfüllung vollständig auf der stromauf gelegenen Seite des Ventils (42, 82, 144, "" 160, 208) angeordnet ist.
2. Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorvorrichtung von dem Ventilsitz getragen wird und mit dem Ventil verbunden ist und dass das Ventil von einer Feder in die geschlossene Stellung gedrückt wird, wenn das Wachs fest ist.
3. Ventilbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil so geformt ist, dass es eine begrenzte Strömung zulässt, wenn es auf dem Ventilsitz aufsitzt.

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4. Ventilbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Joch, das sich zwischen dem Ventilsitz und einem vom Ventil entfernten Abschnitt der Motorvorrichtung erstreckt, und eine Ventileinstelleinrichtung, die einen mittleren Abschnitt der Ventilsitzes mit der Motorvorrichtung verbindet.
5. Ventilbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Balg (52 in Fig. 1, 96 in Fig. 3, 122 in Fig". 4, 168 in Fig. 5, 192 in Fig. 6), der das Innere der Motorvorrichtung gegen eine Berührung mit dem Kühlmittel im System abdichtet.
6. Ventilbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg eine biegsame Wand einer abgeschlossenen Kammer bildet, in der das Wachs enthalten ist.
7. Ventilbaugruppa nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg so angeordnet ist, dass er sich ausdehnt, wenn sich das Wachs zusammenzieht.
8. Ventilbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg so angeordnet ist, dass er sich zusammenzieht, wenn sich das Wachs zusammenzieht.

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