DE2624744A1

DE2624744A1 - Auf waermewirkung ansprechendes ventil

Info

Publication number: DE2624744A1
Application number: DE19762624744
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Chalmin; Jun John Doherty
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1975-06-02
Filing date: 1976-06-02
Publication date: 1976-12-16
Also published as: IT1062033B; GB1537315A; US4460124A; JPS5210919A

Description

Auf Wärmewirkung ansprechendes Ventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein auf Wärmewirkung ansprechendes Ventil und insbesondere auf ein auf Wärmewirkung ansprechendes Unterdruck-Umschaltventil, das beispielsweise zum Umschalten zwischen Unterdruckquellen und Entlüftungsguellen bei einer vorbestimmten Temperatur in Abgassteuersystemen von Kraftfahrzeugen von Nutzen ist.

In Kraftfahrzeugen sind verschiedene thermisch betätigte Umschaltventile benutzt worden. Beispielsweise werden mit Hilfe von Wachs betätigte Umschaltventile benutzt, doch haben diese den Nachteil, daß sich ein hoher Druck aufbaut und daß dadurch ein Wachsverlust eintritt, was eine Verschiebung der Arbeitstemperatur ergibt. Es sind auch Umschaltventile verwendet worden, bei denen zum Bewegen eines

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Ventilglieds eine Bimetallscheibe benutzt wird, doch neigen solche Ventile zu einem komplizierten und daher kostspieligen Aufbau.

Mit Hilfe der Erfindung soll ein neuartiges, auf Wärmewirkung ansprechendes Umschaltventil geschaffen werden. Bei dem zu schaffenden Umschaltventil soll ein Bimetallglied als ein auf Wärmewirkung ansprechendes Element und als Ventilglied dienen, während ausreichende Strömungsmengen ermöglicht werden. Das zu schaffende Umschaltventil soll ferner einfach und wirtschaftlich herzustellen sein, während es trotzdem zuverlässig ist. Weitere Merkmale werden aus der nachfolgenden Beschreibung noch ersichtlich.

Das erfindungsgemäße auf Wärmewirkung ansprechende Umschaltventil enthält einen Ventilkörper aus zwei Teilen, von denen der erste Teil drei öffnungen und äußere, vom Ventilkörper abstehende Anschlußmittelabschnitte aufweist, während der zweite Teil eine Mittelausnehmung aufweist, in der der erste Teil zum Teil untergebracht ist. Der erste Teil enthält drei getrennte Durchführungen, die sich jeweils von einer der drei öffnungen zu einer gemeinsamen Mittelkammer in dem Teil erstrecken. Ein mit Schnappwirkung ausgestattetes, streifenartiges rechtwinkliges Bimetallglied ist in der Kammer vertikal befestigt und so angeordnet, daß es bei einer ersten Temperatur eine erste Durchführung gegenüber den zwei anderen Durchführungen blockiert, während es bei einer zweiten vorbestimmten Temperatur über seine Mittellage umschnappt und eine zweite Durchführung blockiert und die erste Durchführung öffnet, so daß abwechselnd eine Verbindung zwischen der zweiten Durchführung und der gemeinsamen dritten Durchführung sowie zwischen der ersten Durchführung und der gemeinsamen dritten Durchführung hergestellt wird.

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Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Ventils,

Figur 2 eine Teilschnittansicht des Ventils von Fig. 1,

Figur 3 eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils und

Figur 4 eine vergrößerte Schnittarisicht eines Ventilgehäuseteils mit Strömungsmittelanschlußleitungen nach Fig. 3.

Wie in der Zeichnung dargestellt ist, besteht das hier zu beschreibende, auf Wärmewirkung ansprechende Umschaltventil 10 aus einem zweiteiligen, allgemein zylindrischen Ventilkörper 12 aus einem ersten Ventilteil 14 und einem zweiten Ventilteil 16. Nach Fig. 1 und nach Fig. 2 enthält das erste Ventilteil 14 eine erste öffnung 18, eine zweite öffnung 20 und eine dritte öffnung 22 sowie äußere Nippelabschnitte 24, 26 und 28, die nach Fig. 2 allgemein senkrecht zum Ventilteil 14 verlaufen« Die drei öffnungen 18, 20 und 22 sind jeweils mit einer eigenen Durchführung 30, 32 und 34 versehen, die die jeweilige öffnung mit einer im ersten Ventilteil 14 enthaltenen Mittelkammer 36 verbinden. Das erste Ventilteil 14 mit den äußeren Nippelabschnitten 24, 26 und 28 ist vorzugsweise aus zwei Pressteilen hergestellt, die der einfachen Herstellung wegen aus einem Material wie glasfaserverstärktem Nylon bestehen. Das Ventilteil wäre dabei längs einer Vertikallinie X-X nach Fig. 2 geteilt, die das Hauptgehäuse des Ventilteils in zwei Hälften spaltet. Die öffnungen 18, 20 und 22 sind an (nicht dargestellte) Rohre angeschlossen, die zwischen dem Ventil 10 und Unterdruck- und Entlüftungsquellen

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verlaufen und Organe steuern, die das Ventil betätigt.

Wie bereits erwähnt wurde, weist die MitteIkaitimer in sie eintretende Durchführungen 30, 32 und 34 auf. Die Durchführungen 30 und 32 treten vorzugsweise von einander direkt gegenüberliegenden Seiten in die Mittelkammer 36 ein, wie Fig. 2 zeigt. Die Durchführung tritt von der Oberseite her in die Mittelkammer 36 ein; sie ist'die gemeinsame Durchführung, die mit den beiden Durchführungen 30 und 32 in Verbindung gebracht werden kann, öffnungen 38 und 40 der in die Kammer 36 mündenden Durchführungen 30 und 32 dienen als erster Ventilsitz 42 bzw. als zweiter Ventilsitz 44 für das Ventil. Zur Erzielung einer zuverlässigeren Abdichtung kann bei den öffnungen 38 und 40 eine Ausnehmung angebracht sein, in die'O-Ringe 43 bzw. 45 eingepreßt sind, die als die Ventilsitze dienen.

Das Ventilglied ist von einem mit Schnappwirkung ausgestatteten Bimetallglied 46 gebildet, das in der Mittelkammer 36 angebracht ist. Das Bimetallglied ist vorzugsweise rechtwinklig geformt. Die kurze Seite des Rechtecks muß wenigstens größer als der Durchmesser der Ventilsitze 42 und 44 sein, damit ein gutes Abdichten erzielt wird, und die lange Seite muß so lang sein, daß bei vertikaler Anbringung im Ventil 10 gemäß Fig. 2 eine weite Auslenkbewegung zwischen einer ersten Ventilgliedstellung und einer zweiten Ventilgliedstellung erzielt wird, damit weite Ventilöffnungskanäle gewährleistet werden, die zur Erzielung ausreichender Strömungsmengen notwendig sind. Herkömmliche kreisförmige Bimetallglieder mit Schnappwirkung würden zur Erzielung der für ausreichende Strömungsmengen notwendigen Auslenkbewegung einen zu großen Ventildurchmesser erfordern. Wie Fig. 2 zeigt, befindet sich das streifenförmige Ventilglied 46 in der ersten Ventilgliedstellung, bei der sich seine

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Seite mit niedriger Ausdehnung in Eingriff mit dem ersten Ventilsitz 42 befindet. Nach dem Erwärmen des streifenförmigen Ventilglieds auf eine vorbestimmte Temperatur bewirken mechanische Spannungen im Ventilglied ein plötzliches Umschnappen über die Mittellage in seine zweite Stellung, in der es mit dem zweiten Ventilsitz 44 in Eingriff steht. Zur Einwirkung auf die Außenkanten des Ventilglieds 46 wird vorzugsweise eine Ventilfeder 48 verwendet, die das Ventilglied festhält, wenn es sich in einer zweiten Stellung befindet und in Eingriff mit dem zweiten Ventilsitz 44 steht, wobei eine ausreichende Kraft ausgeübt wird, damit das Ventilglied dicht gegen den Ventilsitz gehalten wird. Es ist zu erkennen, daß die Ventilfeder 48 auf das Ventilglied 46 eine ausreichende Kraft ausübt, die es dicht gegen den zweiten Ventilsitz 44 hält, wobei es jedoch keine übergroßen Kräfte auf das Ventilglied ausübt, die eine dauerhafte Verformung des aus Elastomermaterial bestehenden O-Rings (d.h. ein dauerhaftes Hartwerden unter Druck) und ein Undichtwerden zur Folge haben kann.

Nach dem Anbringen des Ventilglieds 46 und der Ventilfeder 48 in der Kammer 36 wird das aus zwei Hälften bestehende Ventilteil 14 mit Hilfe von Ultraschall zu einem Teil verschweißt. Es ist zu erkennen, daß auch ein einteiliges Ventilteil 14 verwendet werden kann.

Das zv/eite Ventilteil 16 ist gemäß der Darstellung von einem napfförmigen Teil gebildet, der dicht am ersten Ventilteil 14 befestigt werden kann. Insbesondere besteht das zweite Ventilteil 16 aus einem Glied aus wärmeleitendem Material wie Messing, das einen vorzugsweise hohlen Gewindestutzen 52 und eine Mittelausnehmung 54 mit ebenem Boden 56 zur Aufnahme eines kreisförmigen Abschnitts 58 des ersten Ventilteils 14 auf-

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weist. Das Ventilteil 16 weist einen sechseckig geformten Abschnitt 60 auf, der es ermöglicht, daß das Ventil 10 einfach in ein Gewindeloch geschraubt werden kann; ferner weist es eine relativ dünne Wand 62 auf, die vom sechseckig geformten Abschnitt 60 aus nach oben ragt. An der Verbindungsstelle der Wand 62 und dem Rest des Abschnitts 60 ist eine Schulter 64 geformt, an der sich ein kreisförmiger Abschnitt 66 des Ventilteils 14 abstützt, wenn die zwei Ventilteile zusammengefügt sind. Eine Dichtung 68 (beispielsweise ein O-Ring) ist in einem Nutabschnitt 70 des Ventilteils 14 angebracht; sie wird zusammengedrückt, wenn die Seitenwand 62 zum dichten Verbinden der zwei Ventilteile zur Bildung des Ventilkörpers 12 umgebördelt wird.

Wenn das Ventil 10 in einen Motor eingebaut wird, befindet sich das streifenförmige Bimetallglied 46 im kalten Zustand des Motors in der in Fig. 2 dargestellten ersten Position, so daß der Ventilsitz 42 abgedichtet wird. Die Position des Bimetallglieds erlaubt eine Verbindung zwischen der zweiten und der .,dritten Durchführung um das Bimetallglied und die Feder herum, also eine Verbindung zwischen den öffnungen 20 und 22. Wenn der Motor warm wird, wird Wärme auf das Ventilteil 16 übertragen, so daß das Bimetallglied 46 erwärmt wird. Wenn das Bimetallglied 46 eine vorbestimmte Temperatur erreicht, schnappt es über eine Mittellage in eine zweite Position um, in der der zweite Ventilsitz 44 abgedichtet wird. Bei diesem Zustand wird eine Verbindung zwischen der ersten und der dritten Durchführung, also zwischen den öffnungen 18 und 22 ermöglicht.

In einem typischen Kraftfahrzeugabgas-Steuersystem liegt die Umschnapptemperatur des Bimetallglieds 46 unter einer mittleren Betriebstemperatur, der das Ventil ausgesetzt sein kann. Die Übertemperatur über der Ventilumschalttemperatur hat zur Folge, daß sich das Ventil-

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glied 46 nach dem Umschnappen weiter verformt, so daß mehr Kraft auf den zweiten Ventilsitz 44 ausgeübt wird. Damit eine dauerhafte Verformung des Elastomermaterials des Ventilsitzes unter Druck und eine überbeanspruchung des Materials des Bimetallstreifens verhindert wird, wird das Federglied 48 zur Aufnahme eines Teils der Kraft verwendet, indem es sich bei einer vorbestimmten Kraft verbiegt.

Falls eine Eichung des Ventils erforderlich ist, kann ein den Ventilsitz 42 enthaltendes Gewindestück 50 verwendet werden. Die Eicheinstellung wird dadurch kontrolliert, daß der Ventilsitz 42 so bewegt wird, daß er mehr oder weniger Druck auf das Bimetallglied 46 ausübt.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils 100, das ebenso wie das Ventil 10 arbeitet, jedoch ein verbessertes Ansprechen auf externe Wärmequellen zeigt und eine zuverlässigere Einstellung sowohl hoher als auch niedriger Umschnapptemperaturen ermöglicht. In der Darstellung der zweiten Ausführungsform sind für diejenigen Teile, die mit den Teilen der ersten Ausführungsform übereinstimmen, gleiche Bezugszeichen verwendet.

Ein erster Ventilteil 102 ist so abgewandelt, daß er sich nur teilweise in die Mittelausnehmung 54 des zweiten Ventilteils 16 erstreckt, so daß ein besseres Ansprechen auf Wärmeeinwirkung erfolgen kann, da das thermostatisehe Ventilglied 46 durch das Ventilteil 102 nur minimal vom wärmeleitenden Ventilteil 16 abgeschirmt wird. Im Ventilteil 102 sind drei getrennte Durchführungen 104, 106 und 108 vorgesehen, die die öffnungen 18, 20 und 22 mit Umschalteinrichtungen 110 des Ventils

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verbinden. Die Umschalteinrichtung 110 enthält ein Gehäuse 111, Strömungsitiittelanschlußleitungen 112 und 114/ ein thermostatisches Ventilglied 46 und eine Feder 48, wie in Fig. 4 am besten zu erkennen ist.

Das Gehäuse 111 weist einen allgemein sechseckig geformten, seitlich offenen Rahmen 116 mit ersten und zweiten davon abstehenden Armen 118 und 120 auf. Der zweite Arm 120 ist ferner mit einem Laschenabschnitt 122 versehen, der im Winkel nach außen ragt, damit die Schalteinrichtung 110 im Gehäuseteil 102 befestigt werden kann, wie noch erläutert wird. Der Rahmen 116 und die Arme 118 und 120 sowie der Laschenabschnitt bestehen vorzugsweise aus einem starren Material wie Stahl.

In öffnungen 128 und 130 im Rahmen 116 sind zwei Buchsen 124 und 126 befestigt, die einen Abschnitt 132 mit größerem Durchmesser und einen Abschnitt 134 mit kleinerem Durchmesser aufweisen. Der Abschnitt 132 jeder der Buchsen 124 und 126 nimmt einen elastischen O-Ring 136 bzw. 138 auf, der vorzugsweise eingepreßt ist. Diese O-Ringe 136 und 138 dienen als erste bzw. zweite Ventilsitze für das Ventil, und sie können zweckmäßigerweise aus synthetischem oder aus natürlichem ■Gummi bestehen. Die Abschnitte 134 der Buchsen nehmen ein Ende von Strömungsmittelleitungen 112 und 114 auf, und sie halten diese Enden fest. Die anderen Enden der Strömungsmittelleitungen sind im ersten Ventilteil befestigt, wie noch erläutert wird. Die Strömungsmittelleitungen sind zweckmäßigerweise aus flexiblem Kunststoffmaterial hergestellt.

Im Gehäuse 111 sind ein streifenförmiges Bimetallglied 46 und ein Federglied 48 so angebracht, daß das Bimetallglied 36 in der ersten Ventilgliedposition am ersten

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Ventilsitz 136 anliegt; die beiden Glieder gleichen den zuvor beschriebenen Gliedern. Bei einer vorbestimmten Temperatur schnappt das Bimetallglied 46 in die in Fig. 3 dargestellte zweite Ventilgliedposition um, in der es am zweiten Ventilsitz 138 anliegt. Das Gehäuse 111 und die Strömungsmittelleitungen 112 und 114 sind mit dem ersten Ventilteil 102 verbunden. Der Arm 120 mit der Lasche 122 ist in die Bodenwand der Durchführung 106 eingepreßt, wie Fig. 3 zeigt. Die Lasche 122 greift in die Wand der Durchführung 106 ein, damit eine Bewegung nach dem Einfügen verhindert wird, während jedoch die Strömung durch die Durchführung 106 in die Mittelausnehmung 54 weiterhin möglich ist. Die Strömungsmittelleitungen 112 und 114 sind in den Bodenöffnungen der Durchführungen 104 bzw. 108 vorzugsweise unter Verwendung von O-Ringen 140 und 142 befestigt, die in den Bodenöffnungen der Durchführungen angebracht sind; zur Gewährleistung einer dichten Verbindung sind an den Strömungsmittelleitungen geformte Verstärkungsrippen 144 und 146 gebildet. Auf diese Weise verbindet die Durchführung 104 mit der Strömungsmittelleitung 112 die öffnung 18 mit dem ersten Ventilsitz 136, während die Durchführung 106 mit der Strömungsmittelleitung 114 die öffnung 20 mit dem zweiten Ventilsitz 138 verbindet. Die öffnung 22 ist über die Durchführung 108 mit der Mittelausnehmung 54 verbunden, so daß sie durch die Seitenöffnungen im Ventilgehäuse 111 mit der Durchführung 18 oder axt der Durchführung 20 in Verbindung stehen kann.

Das zweite Ventilteil 16 gleicht dem zuvor beschriebenen Ventilteil, und es sind die gleichen Vorrichtungen zum Befestigen des ersten Ventilteils 102 im zweiten Ventilteil vorgesehen, wobei das Ventilteil 102 jedoch lediglich nur bis zur Schulter 64 eingeschoben ist. Am ebenen Boden 56 der Mittelausnehmung 54 ist eine mit einer

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Kerbe versehene Kfessingbeilagscheibe 148 angebracht, in die der Arm 118 des Gehäuses 111 eingefügt wird. Die Beilagscheibe wird deshalb verwendet, damit die genaue Ausrichtung des Gehäuses im Ventil gewährleistet wird.

Die Eichung des Ventils 100 wird dadurch erzielt, daß das Ventilgehäuse 111 so verformt wird, daß das Ventilglied 36 mit Sicherheit in dichtem Kontakt mit den Ventilsitzen während seiner Bewegung durch den Verformung sbereich vor dem Umschnappen bleibt. Das Gehäuse kann von beiden Seiten her zur richtigen .Eichung sowohl hoher als auch niedriger ümschnapptemperaturen verformt werden. Die Eichung wird vor dem Zusammenfügen der ersten und zweiten Ventilteile durchgeführt, doch ist es wirkungsvoll, das Ventil im zusammengebauten Zustand zu eichen, da das Ventilglied 46 mit nur einem kleinen Luftspalt sehr dicht beim Ventilteil 16 aus leitendem Metall liegt.

Die Erfindung ist hier im Zusammenhang mit speziellen Äusführungsbeispielen beschrieben worden, doch ist für den Fachmann zu erkennen, daß im Rahmen der Erfindung auch weitere Änderungen und Abwandlungen möglich sind.

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Claims

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Patentansprüche

.j Auf Wärmewirkung ansprechendes Ventil, gekennzeichnet durch einen Ventilkörper, in dem ein erster und ein zweiter Durchführungsweg gebildet sind, zwei in dem Körper angebrachte Ventilsitze, von denen der erste im ersten Durchführungsweg und der zweite im zweiten Durchführungsweg angeordnet ist und eine Ventilvorrichtung aus einem aus Bimetall gebildeten, Ventilglied, das sich abhängig von Temperaturänderungen in Anlage an die ersten und zweiten Ventilsitze bewegt und wieder von den Ventilsitzen löst, so daß der erste Durchführungsweg und der zweite Durchführungsweg wahlweise versperrt werden.
2. Auf Wärmewirkung ansprechendes Ventil, gekennzeichnet durch einen Ventilkörper mit einer ersten, einer zweiten und einer gemeinsamen öffnung, eine Mittelkammer, mit der die drei öffnungen über drei getrennte Durchführungswege in Verbindung stehen, zwei in dem Ventilkörper gebildete Durchführungswege, von denen der erste die erste öffnung und die gemeinsame öffnung miteinander verbindet, während der zweite die zweite öffnung mit der gemeinsamen öffnung verbindet, zwei in dem Ventilkörper angebrachte Ventilsitze, von denen der erste im ersten Durchführungsweg und der zweite im zweiten Durchführungsweg angeordnet ist, und eine Ventilvorrichtung aus einem aus Bimetall gebildeten Ventilglied, das sich abhängig von Temperaturänderungen in Anlage an die ersten und zweiten Ventilsitze bewegt und von diesen löst, so daß der erste Durchführungsweg und der zweite Durchführungsweg wahlweise versperrt werden.
3. Ventil nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Federglied zum Halten des Bimetallglieds gegen den zweiten

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4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet/ daß das Bimetallglied allgemein rechteckig so geformt ist, daß die kurze Seite des Rechtecks breiter als die Ventilsitze ist.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung ein Gehäuse enthält, in dem die Ventilsitze angebracht sind und das das Bimetallglied und das Federglied so enthält, daß ein zuverlässiger Dichtungseingriff zwischen dem Ventilglied und dem ersten Ventilsitz bei einer ersten Temperatur und mit dem zweiten Ventilsitz bei einer zweiten Vorbestimmten Temperatur erzielt wird.
6. Auf Wärmewirkung ansprechendes Ventil mit Umschaltwirkung, gekennzeichnet durch einen Ventilkörper mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil, einer ersten, einer zweiten und einer gemeinsamen Öffnung in dem ersten Ventilteil, die an Druckmittelleitungen anschließbar sind, einer Mittelkammer!,' mit der alle Öffnungen in Verbindung stehen, zwei Durchführungswege in dem Ventilkörper, wobei der erste Durchführungsweg die erste Öffnung mit der gemeinsamen Öffnung und der zweite Durchführungsweg die zweite Öffnung mit der gemeinsamen Öffnung verbindet, zwei Ventilsitze in dem Körper, von denen der erste in dem ersten Durchführungsweg und der zweite in dem zweiten Durchführungsweg angeordnet ist, einer Ventilvorrichtung mit einem allgemein rechtwinkligen, streifenförmigen Bimetallventilglied, das sich abhängig von Temperaturänderungen in Anlage an den ersten und den zweiten Ventilsitz bewegt.und sich wieder davon löst, so daß in ausgewählter Weise der erste Durchführungsweg und der zweite Durchführungsweg versperrt werden, wobei das Ventilglied zur Erzielung einer weiten Auslenkbewegung zwischen einer ersten Ventilgliedposition und einer zweiten Ventilgliedposition zur Erreichung

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großer Ventilöffnungsabstände, wie sie für ausreichende Strömungsmengen erforderlich ist, rechtwinklig geformt ist, ein Federglied zum Halten des Bimetallglieds gegen den zweiten Ventilsitz in der zweiten Position des Ventilglieds und einen wärmeleitenden Abschnitt am zweiten Ventilteil zur Erzielung eines Wärmeaustausches mit einem Gegenstand, beispielsweise einem Motor, zur übertragung von Wärme zum Bimetallventilglied und zum Wärmeableiten von dem Ventilglied, damit dessen Temperatur abhängig von einer entsprechenden Erhöhung und Erniedrigung der Temperatur des Gegenstandes erhöht oder erniedrigt wird.
7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung ein Gehäuse enthält, in dem die Ventilsitze angeordnet sind und in dem das Bimetallventilglied und das Federglied untergebracht sind, damit ein zuverlässiger Dichtungseingriff zwischen dem Ventilglied und dem ersten Ventilsitz bei einer ersten Temperatur und zwischen dem Ventilglied und dem zweiten Ventilsitz bei einer zweiten vorbestimmten Temperatur erzielt wird.
8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeleitende Abschnitt aus Metall mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit besteht und daß der wärmeleitende Abschnitt mit einem Gewinde versehen ist, das das Einschrauben in eine öffnung in dem Gegenstand zur Gewährleistung einer guten Wärmeübertragung zwischen dem Gegenstand und dem Bimetallventilglied geeignet ist.

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