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Temperaturgesteuertes Sicherheitsventil
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Die Erfindung betrifft ein temperaturgesteuertes Sicherheitsventil,
insbesondere als thermische Ablaufsicherung für Brauchwasserbereiter von mit Festbrennstoffen
beheizten Heizungsanlagen, mit einem hydraulischen Temperaturfühler, der bei Erreichen
seiner Ansprechtemperatur durch Ausdehnung seiner Flüssigkeitsfüllung das bewegliche
Ventilglied verschiebt und dadurch das Ventil öffnet, dessen Zulauf mit dem Brauchwasserbereiter
zu verbinden ist.
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Derartige thermische Ablaufsicherungen sind bei Heizkesseln mit Brauchwasserbereiter
vorgeschrieben, die mit i'estbrennstoffen beheizt sind. Um zu verhindern, daß das
Wasser
im Brauchwasserbereiter zum Sieden kommt und unzulässige Drücke sich ausbilden können
(da die Warmwasserzapfseite geschlossen und die Kaltwasserzulaufseite mit einem
Rückflußverhinderer versehen ist), sind selbsttätig wirkende, von der Vorlauftemperatur
des Kessels gesteuerte Einrichtungen vorgesehen, die bei Erreichen einer Kesselwassertemperatur
von 950 Celsius den Brauchwasserbereiter selbsttätig öffnen. Dadurch läuft erwärmtes
Wasser ab und es fließt selbsttätig aus dem Versorgungsnetz Kaltwasser nach, wodurch
eine Temperaturabsenkung erzielt bzw. ein zu hoher Temperaturanstieg verhindert
ist. Diese bekannten thermischen Ablaufsicherungen arbeiten mit einem Fühler, der
mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllt ist, wobei der Fühlerraum über ein biegsames
Kaplllarröhrchen mit einem Ventil verbunden ist, das bei seinem Öffnen einen Auslauf
für den Brauchwasserbereiter freigibt.
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Aus Sicherheitsgründen ist für den Fall des Versagens des hydraulischen
Temperaturfühlers infolge Undichtigkeit ein zweites Steuerorgan vorgeschrieben,
das bei Ausfall des hydraulischen Temperaturfühlers dennoch die Sicherheit des Brauchwasserbereiters
gewährleistet. Ublicherweise wird bei derartigen thermischen Ablaufsicherungen ein
zweiter hydraulischer Temperaturfühler vorgesehen, der ebenfalls auf das bewegliche
Ventilglied wirkt. Da Sunktionsstörungen an derartigen hydraulischen Fühlern hauptsächlich
durch Undichtheiten hervorgerufen werden, wird zwar durch ein zweites derartiges
System die Sicherheit erhöht, doch ist es keineswegs ausgeschlossen, daß auch das
zweite hydraulische System wegen Undichtigkeit ausfällt.
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Dies ist vor allem deshalb bedenklich, weil eine über wachung der
hydraulischen Systeme auf Undichtigkeit praktisch
nicht möglich
ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein derartiges temperaturgesteuertes
Sicherheitsventil so auszubilden, daß ein Ausfall des hydraulischen Systems, beispielsweise
durch Undichtigkeit, die Sicherheit des Brauchwasserbereiters nicht beeinträchtigt.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß bei einer thermischen Ablaufsicherung
der eingangs genannten Art dadurch, daß ein Kraftspeicher zur Ventilöffnung vorgesehen
ist, daß der Kraftspeicher verriegelt ist, und daß die Verriegelung durch eine Undichtigkeit
im Kreis des hydraulischen Temperaturfühlers lösbar und damit das bewegliche Ventilglied
durch den Kraftspeicher in Öffnungsrichtung verschiebbar ist. Durch die Verwendung
eines Kraftspeichers wird nämlich eine stets vorhandene Betätigungskraft erhalten
und es genügt, die Anordnung so auszubilden, daß bei Undichtigkeit im hydraulischen
System die Verriegelung ausgelöst wird. Es wird dann das Ventil geöffnet und damit
einerseits ein Temperaturanstieg verhindert, bzw. andererseits durch das Ausfließen
des Wassers der Ausfall des hydraulischen Systems signalisiert. Dabei kann auch
eine einen längeren Wasserauslauf in ein akustisches oder optisches Signal umsetzende
Vorrichtung vorgesehen sein, falls das längere Zeit auslaufende Wasser zur Signalisierung
des Störungsfalles nicht als ausreichend angesehen werden sollte. Das erfindungsgemäße
Sicherheitsventil kommt daher mit einem einzigen hydraulischen Temperaturfühler
aus, was vor allem auch den Einbau vereinfacht, da der ;Demperaturfühler in den
Brauchwasserbereiter eingebaut werden muß, damit er einen ausreichenden Wärmekontakt
hat.
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Trotzdem ist eine erhöhte Sicherheit erzielt, weil jede Funktionsunfähigkeit
aufgrund von Undichtigkeit des hydraulischen Systems zwangsläufig zu einem Auslösen
der Verriegelung und damit zu einem Öffnen des Ventiles führt.
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An den hydraulischen Temperaturfühler ist als Betätigungsorgan im
allgemeinen ein Faltenbalg oder eine Membrankammer über ein Kapillarröhrchen angeschlossen,
der bzw. die das bewegliche Ventilglied beim Erreichen der Ansprechtemperatur verschiebt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erwindung, die mit einem derartigen Faltenbalg
oder einer Membrankammer versehen sind, ist der Faltenbalg bzw. die Membran von
einer Feder entgegen dem durch die Flüssigkeit ausgeübten Druck belastet; Faltenbalg
bzw. Membran sind bei Undichtigkeit des hydraulischen Systems durch die Feder verschiebbar
und es ist dadurch die Verriegelung auslösbar.
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Die Feder wirkt also entgegen der von dem hydraulischen System erzeugten
Kraft. Dies beeinträchtigt jedoch die normale Funktionsweise nicht, weil bei einem
Temperaturfühler stets eine ausreichende Betätigungskraft zur Verfugung steht. Die
Feder liefert eine Kraft, die das hydraulische System unter einen geringen Druck
setzt, der ausreicht, daß bei Entstehen einer Undichtigkeit eine Bewegung erzeugt
wird, durch die die Verriegelung auslösbar ist.
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Die Verriegelung kann unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise
mit einem hakenförmigen Riegel, der bei der durch die Feder erzeugten Bewegung über
eine Schrägfläche ausgelenkt wird und dann den Kraftspeicher freigibt. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dagegen die Verriegelung in Art einer
Kugelkupplung mit radial bewegbaren und axial festgelegten Kugeln ausgebildet,
die
von einem Ring mit Konusfläche radial verschiebbar sind, wenn ein mit dem Faltenbalg
bzw. der Membran bewegbares Teil mit einer radialen Aussparung mit den Kugeln fluchtet.
Das bewegbare Teil ist also durch die Feder zusammen mit Faltenbalg oder Membran
bei einer Undichtigkeit verschiebbar, bis die radiale Aussparung in die Ebene der
Kugeln gelangt und die Kugeln in die radiale Aussparung eintreten können, weil sie
von der Konusfläche des Ringes bewegt werden, wodurch die Verriegelung gelöst wird.
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Die Ubertragung der Öffnungsbewegung bei Temperaturerhöhung von Faltenbalg
bzw. Membran auf das bewegliche Ventilglied kann unterschiedlich, beispielsweise
über eine Gestänge-oder Hebelsystem erfolgen. Im allgemeinen ist Jedoch keine Übersetzung
oder Richtungsumlenkung erforderlich und es ist dann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung durch den Faltenbalg bzw. die Membran ein Schiebeteil bewegbar, der
in Öffnungsrichtung zum beweglichen Ventilglied, insbesondere einem Ventilteller
hin- und von ihm weg bewegbar ist. Auf diese Weise erhält man einen konstruktiv
einfachen und fertigungs- sowie montagetechnisch günstigen Aufbau. Außerdem kann,
wie bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, der Schieber als federbelastetes,
bewegbares Teil mit einer radialen Aussparung verwendet sein, Der Schieber ist also
gleichzeitig das federbelastete Teil, das die Flüssigkeit im hydraulischen System
zur Dichtigkeitskontrolle unter einem gewissen Druck hält.
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Um die Kugeln der Kugelkupplung axial festzulegen, sind sie gemäß
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in radialen Bohrungen einer feststehend
angeordneten Hülse
untergebracht, an der eine Riegelhülse verschiebbar
geführt ist, die mit der gonusflächeversehen ist und unter Federvorspannung an den
bei dichtem hydraulischem Temperaturfühlersystem nach außen aus der feststehenden
Hülse vorstehenden Kugeln anliegt. Wird bei undichtem Hydrauliksystem der Schieber
mit der radialen Aussparung bewegt, bis die radiale Aussparung den Kugeln gegenüberliegt,
dann kann die Riegelhülse durch die Federvorspannung die Kugeln radial wegdrücken
und die Verriegelung auslösen.
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Ist dabei, wie bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, die
auf die Riegelhülse wirkende Pedervorspannung von dem Kraftspeicher erzeugt, und
ist der Schieber mit einer Anschlagfläche für die Riegelhülse versehen, an der diese
nach Lösen der Verriegelung zur Anlage kommt, dann dient die Riegelhülse gleichzeitig
als Kraftübertragungsglied vom Kraft speicher zum Schieber. Dies ergibt eine besonders
einfache und damit zuverlässige Ausführungsform.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Faltenbalg
und/oder Schieber und/oder festehende Hülse und/oder Riegelhülse und/oder Kraftspeicher
koaxial zueinander angeordnet. Dies ergibt eine besonders raumsparende Ausführungsform,
Es ist im allgemeinen erwünscht, die Ansprechtemperatur einstellen oder einjustieren
zu können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist hierzu der Abstand
zwischen Faltenbalg bzw. zwischen Schieber und dem beweglichen Ventilglied verstellbar
und feststellbar. Hierzu ist bei einer sich durch besonders einfachen Aufbau auszeichnenden
Ausführungsform in das bewegliche Ventilglied eine Schraube eingedreht, die dem
Schieber gegenübersteht
und deren Abstand von dem Schieber durch
Aus- oder Eindrehen einstellbar ist. Ist dabei, wie bevorzugt vorgesehen, das bewegliche
Ventilglied als Ventilteller ausgebildet, so ist bevorzugt die Schraube koaxial
zum Ventilteller und koaxial zum Schieber angeordnet. Man erhält dadurch einen gleichachsigen
Aufbau der gesamten Anordnung.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Faltenbalg
an einem axial verschiebbaren Körper angebracht, was die vorteilhafte Möglichkeit
eröffnet, durch manuelles Verschieben des Faltenbalges und damit auch des Schiebers
eine Kontrolle der Funktion des Ventiles vornehmen zu können. Wird nämlich diese
manuelle Verschiebung vorgenommen, dann muß Wasser aus dem Ventil austreten, woran
erkennbar ist, daß das Ventil seine Funktion erfüllt.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
im Zusammenhang mit den Ansprüchen. Es zeigen in vereinfachter Darstellung unter
Weglassung für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlicher Einzelheiten:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein temperaturgesteuertes Sicherheitsventil, Fig. 2 einen
Schnitt durch den zugehörigen hydraulischen Temperaturfühler, und Fig. 3 eine Teildarstellung
der Anordnung von Fig. 1 in der Lage, in der bei Undichtigkeit des hydraulischen
Systems die Verriegelung ausgelöst ist.
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Das dargestellte Sicherheitsventil umfaßt ein Ventilgehäuse 1 mit
einem Zulaufanschluß 2, der mit einem nicht dargestellten Brauchwasserbereiter zu
verbinden ist, einen Ablaufanschluß 3, der mit einem Wasserauslauf zu verbinden
ist, und einen zwischen Zulaufanschluß 2 und Ablaufanschluß 3 vorgesehenen ringförmigen
Ventilsitz 4. An dem Ventilsitz 4 liegt ein bewegliches Ventilglied 5 unter der
Wirkung einer Schließfeder 6 an. Das bewegliche Ventilglied ist als Tellerventil
ausgebildet, dessen Ventilteller mit einer elastischen Auflage 7 versehen ist, die
in der Schließlage an dem Ventilsitz 4 dicht anliegt. Die Auflage 7 ist an einem
den Ventilschaft bildenden Kolben 8 befestigt, der in einem Einsatz 9 abgedichtet
axial verschiebbar geführt ist. Innerhalb des Kolbens 8 befindet sich die als Schraubendurckfeder
ausgebildete Schließfeder 6, die einerseits am Kolbenboden und andererseits an einem
radial nach innen vorstehenden Bund 10 des Einsatzes 9 anliegt. Der Einsatz 9 ist
in einen entsprechenden Schraubstutzenansatz 11 des Ventilgehäuses 1 eingeschraubt
und abgedichtet. Der Bund 10 läßt eine zentrale Öffnung frei, die durch eine abnehmbare
Kappe 12 abgedeckt ist. Nach Abnehmen der Kappe 12 ist durch die durch den Bund
10 begrenzte zentrale Öffnung und die Schließfeder 6 hindurch das äußere Ende einer
Schraube 13 mittels eines Schraubenziehers erreichbar, das mit einem Schraubenzieherschlitz
14 versehen ist. Die Schraube 13 ist koaxial in eine Gewindebohrung im Boden des
Kolbens 8 eingedreht und durch Drehen mittels eines Schraubenziehers von außen axial
verstellbar.
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Das Ventilgehäuse 1 ist auf der dem Schraubstutzenansatz 11 gegenüberliegenden
Seite mit einem weiteren Schraubstutzen 15 versehen. In den Schraubstutzen 15 ist
ein Becher 16
eingedreht, der mit seinem Inneren, dem Ventilsitz
4 zugewandten Ende eine Ringscheibe 17 gegen den Boden des Schraubstutzens 15 drückt.
Die Ringscheibe 17 ist mit einer zentralen Aussparung versehen, durch die ein Schieber
18 mit einem Bolzenansatz 19 hindurchgeführt ist, der in eine Bohrung des Ventilgehäuses
1 abgedichtet eingesetzt und in dieser Bohrung axial verschiebbar ist, die zur Schraube
13 und zum Kolben 8 koaxial angeordnet ist. Der Schieber 18 ist mit einer Anschlagscheibe
21 versehen, die axial unverschiebbar an dem Schieber 18 befestigt ist. Eine Schraubendruckfeder
20 liegt einerseits an der Ringscheibe 17 und andererseits an der Anschlagscheibe
unter Vorspannung an. Auf der der Schraubendruckfeder 20 abgewandten Seite der Anschlagscheibe
21 geht der Schieber 18 in eine Schieberhülse 22 größeren Durchmessers über, die
in einer feststehenden Hülse 23 axial verschiebbar geführt ist. Die Hülse 23 ist
mit ihrem einen Ende am Boden des mit einer entsprechenden Aussparung versehenen
Bechers 16 befestigt.
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Das äußere Ende der Hülse 23 ist mit einem Innengewinde 24 versehen,
in das ein Führungsring 25 eingedreht ist. In den Führungsring 25 ist ein Stützkörper
26 eingesteckt, auf dessen dem Ventilsitz 4 zugewandten Bereich ein Faltenbalg 27
aufgesteckt und dicht befestigt ist, der in die Schieberhülse 22 ragt und dessen
Ende sich gegen den Grund der Schieberhülse 22 legt, die durch die Schraubendruckfeder
20 gegen das Ende des Faltenbalges 27 gedrückt ist. Der Faltenbalg ist mit einer
Flüssigkeit gefüllt; sein Innenraum steht mit einer Längsbohrung 28 im Stützkörper
26 in Verbindung, in die ein in dem Stützkörper 26 dicht befestigtes Kapiilarrohr
29 mündet. Die Kraft der Schraubendruckfeder 20 wird über den Faltenbalg 27 auf
den Stützkörper 26 übertragen, wodurch ein Bund 30 des Stützkörpers 26 gegen die
innere Stirnfläche des Führungsringes 25 gedrückt wird.
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Der Becher 38 und das Kapillarrohr 29 sind mit derselben Flüssigkeit
gefüllt wie die längsbohrung 28 und der von dem Faltenbalg 27 umhüllte Raum. Der
Stopfen 39 ist mit einem zylindrischen, nach außen vorstehenden Ansatz versehen,
an dem eine Knickschutztülle 40 befestigt ist, die ein Abknicken des Kapillarrohrs
29 im Bereich der Einführung in den Stopfen 39 verhindern soll. Zur Befestigung
im Brauchwasserbereiter dient eine Schraubhülse 41, in die der Temperaturfühler
37 eingesteckt und durch einen Rastring 42 fixiert ist. Zum Schutz des Bechers 38
ist an der Schraubhülse 41 eine Schutzhülse 43 angebracht.
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Die Temperatur im Temperaturfühler 37 folgt mit vernachlässigbarer
Verzögerung der Temperatur im Brauchwasserbereit er. Bei ansteigender Temperatur
dehnt sich die Flüssigkeit im Temperaturfühler aus und es wird über den Faltenbalg
27 der Schieber 18 verschoben. Wird die Ansprechtemperatur annähernd erreicht, dann
liegt die Stirnseite des Bolzens 19 an der ihr gegenüberliegenden Stirnseite der
Schraube 13 an. Steigt die Temperatur weiter an und wird die Ansprechtemperatur
erreicht, dann wird vom Schieber 18 über den Bolzen 19 und die Schraube 13 das Ventilglied
5 verschoben und die flexible Auflage 7 von dem Ventilsitz 4 abgehoben. Dadurch
ist das Ventil geöffnet und es kann Warmwasser aus dem Brauchwasserbereiter durch
das Ventilgehäuse 1 hindurch abfließen, durch das an der Kaltwasserseite zufließende
Kaltwasser wird die Temperatur im Brauchwasserbereiter wieder abgesenkt, wodurch
auch die Ausdehnung der Flüssigkeit im Temperaturfühler wieder reduziert wird und
die Schließfeder 6 sowie die Schraubendruckfeder 20 das bewegliche Ventilglied 5
mit der Auflage 7 wieder auf den Ventilsitz 4 aufpreßt. Die Schraubendruckfeder
20
führt den Schieber 18 in die dargestellte Position zurück.
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Wird der Temperaturfühler 37 oder das Kapillarrohr 29 oder der Faltenbalg
27 an irgendeiner Stelle undicht, dann tritt Flüssigkeit aus. Es kann dann die Schraubendruckfeder
20 den Schieber 18 in Richtung auf den Führungsring 25 bewegen, bis eine zwischen
der Schieberhülse 22 und der Anschlagscheibe 21 befindliche Ringnut 44 in den Bereich
der Bohrungen 32 gelangt. Sobald diese Position erreicht ist, drückt der Kraftspeicher
36 über die Konusfläche 35 die Kugeln 33 radial nach innen in die Ringnut 44 und
es kann anschließend die Riegelhülse 34 vom Kraftspeicher 36 an der sie führenden
feststehenden Hülse 23 entlang gleiten, bis die Stirnseite der Riegelhülse 34 an
der Anschlagscheibe 21 zur Anlage kommt. Nun wird die Kraft des Kraftspeichers 36
auf den Schieber 18 übertragen und bewegt diesen auf das bewegliche Ventilglied
5 zu. Der Bolzen 19 kommt an der Schraube 13 zur Anlage und hebt das bewegliche
Ventilglied 5 vom Ventilsitz 4 ab. Diese Offenlage des Ventiles und ein dauernder
Wasserauslauf bleibt aufrechterhalten, bis ein im Kaltwasserzulauf befindliches
Ventil geschlossen wird, worauf das defekte Sicherheitsventil gegen ein funktionsfähiges
Sicherheitsventil ausgetauscht werden kann.
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In Fig. 3 ist die Position des Schiebers 18 mit der Anschlagscheibe
21, der Kugeln 33 und der Riegelhülse 34 in dem Augenblick gezeigt, in dem soeben
die Auslösung der Verriegelung erfolgt ist, also von der Riegelhülse 34 die hugeln
33 radial nach innen verschoben wurden und nunmehr die Riegelhülse 34 mit ihrer
Stirnseite an der Ansctliagscheibe 21 anliegt. Anschließend erfolgt die zuvor
Entgegen
der Kraft der Schraubendruckfeder 20 ist der an seinem äußeren Ende mit einem Knopf
31 versehene Stützkörper 26 zusammen mit dem Faltenbalg 27 und dem Schieber 18 verschiebbar,
bis der Bolzen 19 an der Schraube 13 zur Anlage kommt. Bei einer weiteren Verschiebebewegung,
bei der auch noch die Kraft der Schließfeder 6 zu überwinden ist, wird das bewegliche
Ventilglied 5 verschoben und damit die Auflage 7 vom Ventilglied 4 abgehoben, wodurch
Wasser aus dem Brauchwasserbereiter vom Zulaufanschluß 2 durch den Ventilsitz 4
hindurch zum Ablaufanschluß 3 fließen kann. Nach Loslassen des Knopfes 31 geht die
Anordnung in die dargestellte Lage zurück.
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In dem Bereich, in dem das dem Ventilsitz 4 benachbarte Ende der Schieberhülse
22 sich befindet, sind in die feststehende Hülse 23 radiale Bohrungen 32 eingearbeitet.
In die Bohrungen 32 ist Jeweils eine Kugel 33 eingesetzt.
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Eine Riegelhülse 34 ist axial verschiebbar auf der feststehenden Hülse
23 geführt und liegt mit einer an der inneren, dem Ventilsitz 4 zugewandten Stirnfläche
angearbeiteten Konusfläche 35 (Innenkonus) an den Kugeln 33 unter der Wirkung einer
als Kraftspeicher 36 dienenden Schraubendruckfeder an. Diese Schraubendruckfeder
stützt sich andererseits gegen einen Bund der feststehenden Hülse 23 ab, der andererseits
an der Innenseite am Rand der Aussparung im Boden des Bechers 16 anliegt.
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Das Kapillarrohr 29 ist verformbar und führt zu einem Temperaturfühler
37. Der Temperaturfühler 37 umfaßt einen langgestreckten, zylindrischen Becher 38,
der durch einen Stopfen 39 verschlossen ist, durch den das Kapillarrohr 29 hindurchgeführt
ist, das innerhalb des Bechers 38 endet.
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beschriebene Öffnung des Ventiles. Um zu gewährleisten, daß beim Festklemmen
der Kugeln 33 durch die Schiebehülse 22 gegen den Rand der Bohrungen 32 die in Fig.
3 dargestellte Position eintreten kann, ist die Tiefe der Ringnut 44 mindestens
gleich dem Durchmesser der Kugeln 33 und es ist die Wanddicke der feststehenden
Hülse 23 kleiner als der halbe Kugeldurchmesser.
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Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt ist, sondern Abweichungen davon möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen. Insbesondere können einzelne der Erfindungsmerkmale für sich oder
zu mehreren kombiniert Anwendung finden. Wesentlich ist, daß eine dauernde Überwachung
der Dichtigkeit des hydraulischen Systemes erfolgt und bei Feststellen einer Undichtigkeit
durch einen unabhängigen Kraft speicher eine Signalisierung bzw. ein Öffnen des
Sicherheitsventiles erfolgt.
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