DE3700623A1 - Thermoelektrisches ventil zur umschaltung von kaelteerzeugenden gasen in unterschiedlichen leitungen bei kaelteanlagen und kaeltemaschinen - Google Patents

Description

In den bekannten Anlagen für Kältemaschinen, bei denen das kälteerzeugende Gas regelmäßig zu unter­ schiedlichen Abschnitten oder Abteilungen derselben Maschine zugeführt werden soll, sind Mehrwegeventile vorhanden, die durch ein dem Kern eines Elektromag­ neten zugeordnetes Glied gesteuert werden, das das Öffnen bzw. das Schließen der Gasdurchlässe bestimmt.

Die Leistung der dazu benutzten Elektromagnete ist ziemlich groß, da die im Spiel stehenden Drücke des kälteerzeugenden Gases hoch sind. Dabei sind Elektromagnete beträchtlicher Abmessungen notwendig, die sehr teuer sind und trotzdem für die bei solchen Vorrichtungen typischen Störungen anfällig sind.

Ein an die Anwendung von Elektromagneten gebundener Nachteil ist das Geräusch, das sie während des Be­ triebes erzeugen. Um diesen Nachteil zu beseitigen, oder wenigstens einzuschränken, wurden mit Gleich­ strom arbeitende Elektromagnete vorgeschlagen, die jedoch die Anwendung von elektronischen Bausteinen zum Gleichrichten der Anschlußspannung erfordern. Diese Lösung setzte sich jedoch nicht durch, und zwar sowohl wegen der beträchtlichen Erhöhung der Anlagenkosten als auch wegen der durch die größere Kompliziertheit der Anlage bedingten verminderten Betriebszuverlässigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der genannten Art zu schaffen, das zuverlässig ar­ beitet, eine lange Lebensdauer hat, kein Geräusch erzeugt und einen zweiteiligen Aufbau aufweist, und zwar einen elektrothermischen Teil, der sich einem zweiten mechanischen Teil rasch, leicht und abnehmbar zuordnen läßt. Die beiden Teile werden zusammengebaut, indem das erste Teil in einen mit dem zweiten Teil verbundenen Tragbügel eingesteckt wird.

Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, ein Ventil zu schaffen, das hinsichtlich der Funktion und der Haltbarkeit zwar optimal gestaltet, jedoch wirtschaftlich günstig ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch ge­ kennzeichneten Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Ventil ist hiernach dadurch gekennzeichnet, daß es eine eine wärmeausdehnbare Wachsmasse enthaltende Kugel, Mittel zur Umwand­ lung der Ausdehnung der wärmeempfindlichen Masse in Linearbewegungen, ein Nadelventil hinsichtlich eines Mehrwegeventilsitzes betätigende Elemente und ein Paar mit Strom gespeister Thermistoren (PTC) umfaßt, die mit der die wärmeempfindliche Masse ent­ haltenden Metallkugel in Verbindung stehen.

Des weiteren umfaßt die Erfindung ein Ventil, bei dem der Ventilschaft hinsichtlich des thermoelek­ trischen Teils elektrisch isoliert ist.

Außerdem sieht die Erfindung eine Ausgestaltung des Ventils vor, nach der das Ventil so ausgebil­ det ist, daß der Zusammenbau der Bestandteile erst erfolgen kann, nachdem die zur Verbindung einiger Bestandteile unbedingt erforderlichen Innen­ schweißungen "à jour", d.h. frei gegen den Raum stehend, vorgenommen worden sind, wobei die Dichte dieser Schweißnähte vor dem endgültigen Zusammen­ bau des Ventils geprüft wird, da dieselben nach der Montage nicht mehr zugänglich sind.

Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Ven­ tils besteht darin, daß der bewegliche Schaft des Ventils in einer den Umlaufraum des kälteerzeugen­ den Gases bestimmenden Membran oder Metallbalg dicht eingeschlossen ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach­ stehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Ventil in einer Längsschnittansicht in stark vergrößertem Maßstab,

Fig. 2 das Ventil teilweise in einem Längsschnitt, und zwar gegenüber Fig. 1 um 90 Grad um die eigene Achse gedreht, und

Fig. 3 ein Detail von Fig. 1 in vergrößertem Maß­ stab.

In den Fig. 1 bis 3 ist mit 1 ein Metallbügel bezeich­ net, der mit einer Traghülse 2 fest verbunden ist, die ihrerseits mit einem Ventilkörper 3 fest verbun­ den ist. Mit 4 ist ein Gehäuse aus nicht leitendem Material bezeichnet, das mittels einer Schraube 5 mit dem Bügel 1 verbunden ist. Mit 10 ist ein von dem Gehäuse 4 abnehmbarer Deckel bezeichnet. Das Gehäuse 4 enthält eine thermoelektrische Einheit 6, 7, 8, wobei mit 6 eine Metallkapsel bezeichnet ist, die eine wärmeempfindliche, von einer elastischen Membran 7 dicht umschlossene Wachsmasse 8 enthält. Der Membran 7 ist ein Kolben 9, 9 a koaxial zu dem Belag 11 aus Keramik zugeordnet. Der Kolben und der Belag sind in dem Bund 12 verschiebbar angeordnet. An den Seiten der Kapsel 6 (Fig. 2) sind zwei Ther­ mistoren (PTC) 29, 30 angeordnet, die durch End­ verschlüsse 28, 28 a mit Strom gespeist werden. Wird die Schraube 5 entfernt, so läßt sich das Ge­ häuse 4 leicht herausnehmen.

In der Traghülse 2 (Fig. 1) ist ein mit einem Nadel­ kopf 13 a fest verbundener Schaft 13 in Längsrich­ tung angeordnet. Ein Keramikbelag 11 isoliert den Schaft 13 und den entsprechenden Nadelkopf 13 a von dem in dem Gehäuse 4 enthaltenen elektrischen Teil.

Der Schaft 13 ist in einem Metallbalg 14 bei 15 dicht angeschweißt und durch eine Zylinderfeder 19 sowie eine gelochte Bodenscheibe 18 verschiebbar geführt. Das andere Ende des Metallbalgs 14 ist an einem Bund 17 dicht angeschweißt, der mit dem rohr­ förmigen Ansatz 3 a des Ventilkörpers 3 fest ver­ bunden ist. Die Feder 19 übt ihre Druckkraft zwischen dem aus der Schweißstelle gebildeten Anschlag und einer Buchse 20 aus, die mit einer Umfangsrille 26 versehen ist. Zusammen mit dem Körper 3 und dem Nadelkopf 13 a bildet die Buchse 20 das Ventil, das das der Rohrleitung 23 in Pfeilrichtung X zuge­ führte kälteerzeugende Gas regelt.

Das Ventil arbeitet wie folgt: Wenn die Thermisto­ ren 29, 30 nicht mit Strom gespeist werden, werden der Nadelkopf 13 a und der Schaft 13 in der in Fig. 1 und mit Vollinien in Fig. 3 dargestellten Lage zu­ rückgehalten. In diesem Zustand fließt das in der Leitung 23 zugeführte Gas durch den offenen Durch­ laß 24 in die Leitung 22 in Pfeilrichtung Y ab.

Werden die Thermistoren 29, 30 dagegen mit Strom gespeist, so nehmen dieselben in bekannter Weise rasch einen bestimmten Temperaturgradient an, der durch Wärmeleitung das Schmelzen der in der Kapsel 6 enthaltenen wärmeausdehnbaren Masse 8 auslöst. Die Ausdehnung der Masse 8 erzeugt einen starken Druck, der über die Membran 7, den Kolben 9, 9 a und den Belag 11 auf den Schaft 13 übertragen wird. Dieser hohe Druck gewinnt die Oberhand über die Kraft der geeichten Feder 19 und löst die Längs­ verstellung des Schaftes 13 und des Kopfes 13 a aus. Der Kopf 13 a geht von der in Fig. 1 mit Vollinien dargestellten Lage in die in Fig. 3 gestrichelt dargestellte Lage über. In diesem Zustand wird der Durchlaß 24 geschlossen und gleichzeitig der Durch­ laß 25 geöffnet, der vorher geschlossen war. Über die Umfangsrille 26 gelangt das kälteerzeugende Gas zu der Rohrleitung 21, durch die es in Pfeil­ richtung Z abfließt. In diesem Fall strömt das Gas durch den offenen Durchlaß 27 auch in das Innere des Balgs 14 ein, wo es weder störend wirkt noch weiter fließen kann. Wird die Stromzufuhr zu den Thermistoren 29, 30 unterbrochen, so sinkt die Temperatur innerhalb der Kapsel 6 und die Kraft der Feder 19 führt die Nadel 13, 13 a in die Lage nach Fig. 1 zurück. Das Gas fließt durch die Leitung 22 ab.

Mit 31 sind Ansätze zur Befestigung des Ventils an der Einsatzstelle bezeichnet.

Selbstverständlich spricht das Ventil gegenüber den Ansprechzeiten der Elektromagnetventile mit einer äußerst kleinen Verzögerung an, da das auf die Thermistoren 29, 30 übertragene, elektrische Sig­ nal in Wärmeenergie umgewandelt wird, die durch Wärmeleitung die in der Kapsel 6 enthaltene Masse schmilzt. Das wirkt sich jedoch in keiner Weise auf die Funktion des Ventils und der damit gere­ gelten Geräte oder Anlagen nachteilig aus.

Die wichtigsten, durch den Einsatz des Ventils er­ zielbaren Vorteile lassen sich folgendermaßen zu­ sammenfassen:

• - Lange, praktisch unbeschränkte Betriebsdauer, dank dem Ventilaufbau und den durch den Nadel­ kopf 13 a geregelten Metallsitzen, die in der Lage sind, im kälteerzeugenden Gas eventuell vorhandene, kleinere Schmutzteilchen zu neu­ tralisieren,
• - Möglichkeit, das den elektrischen Teil enthal­ tende Gehäuse 4 rasch und leicht auszuwechseln,
• - die Leistung beim Ansprechen ist entschieden höher als die Leistung der sperrigen, aufwen­ digen Elektromagnete,
• - auf wenige Kubikzentimeter beschränkter Platz­ bedarf,
• - Zusammenbau der bereits "à jour" geschweißten Teile, da die Schweißnähte 15, 16 des Balgs 14 vor der Montage der Traghülse 2 am Bügel 1 und am Kopf vorgenommen werden, so daß die Luft­ druckdichte derselben geprüft werden kann,
• - vollständiges Fehlen jeglicher Betriebsge­ räusche,
• - wirtschaftliche, kostengünstige Fertigung des vollständigen Ventils, insbesondere im Verhält­ nis zu den obigen Ausführungen.

Die Erfindung ist nicht auf das voranstehend be­ schriebene und in der Zeichnung dargestellte Beispiel beschränkt, sondern umfaßt sämtliche eventuellen Varianten sowie Verbesserungen, die sich bei der praktischen Anwendung als erforder­ lich erweisen sollten.

Claims (7)

1. Thermoelektrisches Ventil zur Umschaltung von kälteerzeugenden Gasen in unterschiedlichen Leitungen bei Kältemaschinen und Kälteanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil aus zwei zusammengebauten Teilen besteht, und zwar aus einem thermoelektrischen Teil und aus einem mechanischen Teil, wobei der thermoelektrische Teil eine Metallkapsel (6) umfaßt, die eine Wachsmasse (8) mit hoher Wärme­ ausdehnungsfähigkeit dicht einschließt und durch eine elastische Membran (7) geschlossen ist, die einem Kolben (9, 9 a) und einem iso­ lierenden Belag (11) zugeordnet ist, daß an dem Mantel der Kapsel (6) zwei Thermistoren (PTC) (29, 30) angebracht sind, die mit End­ verschlüssen (28, 28 a) zur Stromspeisung ver­ bunden sind, daß der mechanische Teil ein Nadelventil (13, 13 a) umfaßt, dessen Schaft (13) mit dem Belag (11) und dem Kolben (9, 9 a) axial fluchtend in Berührung steht, durch eine gelochte Bodenscheibe (18) verschieb­ bar und zusammen mit einer Zylinderfeder (19) in einem Metallbalg (14) dicht eingeschlossen ist, wobei der Nadelkopf (13 a) durch eine in einem Körper (3) eines Dreiwegeventils (21, 22, 23) angeordnete Buchse (20) verschiebbar ist, und daß die Enden des Metallbalgs (14) jeweils an dem Mantel des Schaftes (13) und an einem Bund (17) angeschweißt und in der den Ventilkörper (3) mit einem Bügel (1) ver­ bindenden Traghülse (2) enthalten sind, wobei der Bügel (1) ein den thermoelektrischen Teil enthaltendes Gehäuse (4) aus nicht leitendem Material trägt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den thermoelektrischen Teil enthalten­ de Gehäuse (4) aus dem Bügel (1) herauszieh­ bar ist, an dem es mit abnehmbaren Mitteln (5) befestigt ist.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nadelkopf (13 a) und die Anschläge (24, 25) für denselben aus Metall bestehen, um eine längere Lebensdauer und eine gute Funktion des Ventils zu erzielen.

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (1) über die Traghülse (2) mit dem Körper (3) fest verbunden ist, nachdem die den Metallbalg (14) jeweils mit dem Schaft (13) und mit der Buchse (20) ver­ bindenden Schweißnähte (15, 16) im freien Raum stehend ausgeführt sind, um eine leich­ tere Schweißarbeit und die Prüfung der Luft­ druckdichte der Schweißnähte zu ermöglichen.

5. Ventil nach einem der vorangegangenen An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung des Ventils als Wärme­ quelle Thermistoren (PTC) (29, 30) vorge­ sehen sind, die mit elektrischen Endver­ schlüssen (28, 28 a) verbunden und der Me­ tallkapsel (6) zugeordnet sind, die für eine wärmeausdehnbare Masse als Behälter dient, die in der Lage ist, einen sehr starken Druck auszuüben, der über die Kraft von ge­ eichten elastischen Mitteln (19) überlegend ist.

6. Ventil nach einem der vorangegangenen An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (1) nicht nur das den thermo­ elektrischen Teil aufnehmende Gehäuse (4) enthält, sondern auch entgegen den auf den Schaft (13) und auf den Kopf (13 a) gegen die Kraft der Feder (19) übertragenen Beanspru­ chungen wirkend ist.

7. Ventil nach einem der vorangegangenen An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ende des Schaftes (13) und dem Kolben (9, 9 a) ein Belag (11) aus kera­ mischem, nicht leitendem und thermisch nicht verformbarem Material angeordnet ist.