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Selbstregelndes Kältemaschinen-Expansionsventil Die Erfindung bezieht
sich auf Expansionsventile für Kältemaschinen, die an dem Einlaßende der Kühlschlange
oder des Verdampfers angeordnet sind, um den Grad des Durchftießens des Kältemittels
zti regeln. Die Erfindung befaßt sich mit selbstregelnden Etl>ansii»is\-etitilen,
in welchen der Druck einer Feder und der ""erdampferdruck, die das Ventil zu schließen
trachten, ausgeglichen werden bzw. iin Gleiclige%%-icht gehalten werden, entweder
durch den @itiiiol:pliärisclieii Druck, der auf eine Membran wirkt. und durch eitle
zweite Feder, welche von Hand entsprechend den gewünschten Temperatur@-erhältnissen
in der Kühlschlange eingestellt werden kann, oder durch Flüssigkeitsdruck auf die
'Membran, wobei dieser Flüssigkeitsdruck automatisch entsprechend der Temperatur
des Kältemittels am Auslaß aus der Kühlschlange geändert wird. Das Ventil selbst
ist normalerweise ein 'Nadelventil, ein Ktigel\-entil oder ein Scheibenventil.
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Wenn man Teile in solchen Ventilen bedient oder entfernt und wieder
einsetzt, wie sie bisher ausgestaltet waren, so ist es bisher nötig gewesen, den
gesamten Ventilkörper von der Kältemittelumlaufleitung abzunehmen. Wenn das Ventil
therinostatisch geregelt wird, «-ar es meistens notwendig, die thermostatische Verbindung
zu unterbrechen, wenn Bedienungsarbeiten durchgeführt werden mußten. Dies hatte
Zerstörung von druckdichten Dichtungsstellen inn die Membran liertlni öder <in
den
Kältentittelverbindungsleitungen zur Folge, ebenso wie den Verlust an Zeit, während
welcher die Kältemaschine außer Dienst bleiben mußte.
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Expansionsventil, welches diese
Nachteile nicht besitzt, und erleichtert dadurch den richtigen Zusammenbau der bewegten
Ventilteile vor der Einfügung in den Kältemittelumlauf.
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Gemäß der-vorliegendenErfindung hat ein selbstregelndes Kältemaschinen-Expansionsventil
ein Ventilgehäuse mit einer Membrankammer, ein offen endendes Ventilgehäuse, welches
sich koaxial von der Dlembrankammer' erstreckt und mit ihr an einem Ende in Verbindung
steht, und Einlaß- und Auslaßabzweigungen am Ventilgehäuse sowie eine abnehmbare
Ventileinheit, die in flüssigkeitsdichter Weise in das Ventilgehäuse eingefügt werden
kann, und zwar durch das Ende hindurch, welches der Membrankammer abgekehrt liegt.
Vorzugsweise endet die Ventileinheit an ihrem inneren Ende in einem Amboß, welcher
mit der Membran zusammen arbeitet. Das ganze Ventilgehäuse oder nur der Fassungsteil
des Gehäusekörpers und die Hülse der herausnehmbaren Ventileinheit haben zweckmäßig
eine zylindrische Form.
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Um die Erfindung zu erläutern, sind zwei Ausführungsbeispiele in den
Zeichnungen dargestellt, und zwar das eine Ausführungsbeispiel für die thermostatische
Regelung und das andere für eine Voreinstellung von Hand.
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Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch ein thermostatisch beeinflußtes
Ventil, während Abb. 2 einen Längsschnitt durch ein von Hand einzustellendes Ventil
darstellt, wobei die Ventileinheit in herausgezogener Stellung aus dem Ventilgehäuse
wiedergegeben ist, und Abb. 3 zeigt eine Seitenansicht in Pfeilrichtung III von
Abb. 2.
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Bei dem Ausführungsbeispiel mit thermostatischer Überwachung gemäß
Abb. i soll das Ventil neben dem bzw. am Verdampfer befestigt sein; es besteht aus
einem gegossenen oder geschmiedeten Gehäusekörper i mit einer Membrankammer 2 an
dem oberen Ende. Diese wird durch eine Deckplatte 3 geschlossen, die die Membran
4 an ihrem Platz in der Kammer 2 festklemmt. Innerhalb der Deckplatte 3 ist eine
leichte Belastungsfeder 5 befestigt, die auf die Oberseite der Membran 4 wirkt,
während in den Hals 3° des Deckels 3 in flüssigkeitsdichter Weise ein Rohr 6 mit
enger Bohrung hineingeführt ist, das an einem Behälter angeschlossen ist, der in
thermischem Kontakt mit dem Auslaßrohr vom Verdampfer steht, was beides in der Zeichnung
nicht dargestellt ist. Dieser Behälter kann mit irgendeiner geeigneten Flüssigkeit
oder einem Gas gefüllt sein, um auf die Oberseite der Membran 3 in Übereinstimmung
mit der Temperatur des Dampfes, welcher den Verdampfer verläßt, einen Druck auszuüben.
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Unterhalb der Membran 3 öffnet die Bohrung eines zylindrischen Ventilgehäuses
7 nach der Membrankammer 2 hin, wobei dieser Teil 7 mit der genannten Kammer 2 koaxial
ausgebildet ist. An dem oberen Ende des Ventilgehäuses 7 neben der Membrankammer
2 ist ein Durchlaß 8 durch die Wandung des Ventilgehäuses vorgesehen, welcher mit
dem Auslaß zum Verdampfer verbunden ist. An der entgegengesetzten Seite und weiter
unterhalb der Wandung des Ventilgehäuses 7 ist ein anderer Durchlaß io vorgesehen,
welcher mit einer Einlaßabzweigung i i für das flüssige Kältemittel in Verbindung
steht. Dieses ist mit einem Filter 12 und einem Nippel 13 ausgerüstet. Das untere
Ende des Gehäuses 7 ist wie ein offener Mund ausgebildet, um die Ventileinheit hierin
einfügen zu können.
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Diese Einheit umfaßt eine zylindrische Hülse 14, welche in dem Ventilgehäuse
dicht eingefügt ist und sich mit ihrem oberen Ende bis zur Membrankammer 2 erstreckt.
Diese Hülse 14 hat an ihrer Außenfläche zwei ringförmige Rinnen 15, 16, die mit
den Durchlässen io bzw. 8 übereinstimmen. Diese ringförmigen Rinnen 15, 16 stehen
durch radiale Durchlässe 1511, 16a mit einer zentralen Bohrung 17 der Hülse 14 in
Verbindung. Zwischen den beiden Rinnen 15, 16 trägt diese zentrale Bohrung 17 den
Sitz 18 eines Kugelventils i9, wobei die Kugel i9 unterhalb des Sitzes i8 angeordnet
ist, und zwar in einem erweiterten Teil 17a der Bohrung 17, in welcher auch eine
Druckbelastungsfeder 20 untergebracht ist, welche sich gegen die Unterseite des
Ventilteiles i9 abstützt. Das untere Ende der Belastungsfeder 20 stützt sich gegen
eine einstellbare Begrenzung 21 ab, welche in einen Nippel 22 herausnehmbar eingefügt
ist. Die Hülse 14 ist noch mit einem von Hand betätigten Einstellbolzen 23 ausgerüstet.
Die gesamte Einrichtung 14 bis 23 bildet so eine herausnehmbare Ventileinheit.
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Oberhalb des Ventilsitzes 18 endigt die Hülse 14 in einem Amboß 24,
welcher eine Bohrung besitzt, die koaxial mit dem Ventilsitz 18 verläuft, um in
gleitender Fassung eine Art Fingerhut 25 aufzunehmen, der mit einem Betätigungsstab
26 für das Kugelventil i9 in Eingriff steht.
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Damit der herabgesetzte Druck in der Saugleitung, die mit dem Auslaß
in Verbindung steht und zu dem nicht gezeichneten Kompressor führt, auf die Innenseite
der Membran 4 zur Wirkung kommen kann, ist ein Durchstichkanal27 vorgesehen, der
zwischen der Unterseite der Membran 4 und der Auslaßabzweigung 9 die Verbindung
herstellt. Die obere Endfläche des Ambosses 24 ist sehr genau hergestellt, um einen
Anschlag bzw. eine Abstützung für die Membran 4 zu bilden, wenn die letztere an
dem untersten Punkt ihrer Bewegungsbahn angelangt ist. Der Ventilstab 26 ist von
solcher Länge, daß er den Fingerhut 25 aufwärts durch diesen Amboß 24 drücken kann,
damit er die Unterseite der Membran 4 genügend beaufschlagen kann, wenn er an der
oberen Grenze seiner Bewegungsbahn angelangt ist. Auf diese Weise kann das Kugelventil
i9 in Übereinstimmung mit dem Unterschied in den Drücken geöffnet oder geschlossen
werden, welche auf die Membran 4 durch die Feder 5 und die thermostatische Flüssigkeit
in dem Rohr 6 auf die eine Seite und durch den Saugdruck und den Druck der Feder
20,
die auf das Kugelventil von der anderen Seite einwirkt, ausgeübt
werden. Das Ventil i9 arbeitet somit in normaler Weise von thermostatisch überwachten
Expansionsventilen der ausgleichenden Art.
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Um die Nut 16, die zum Niederdruck Auslaß führt, von der Nut i5, die
mit dem Hochdruck-Einlaßstück i i verbunden ist, abzudichten, ist die Außenwand
der Hülse 14 mit zwei im Abstand voneinander angeordneten ringförmigen Nuten versehen,
in welche je ein in radialer Richtung federnd nachgiebiger Dichtungsring 28 bekannter
Art eingefügt ist, dessen freier Durchmesser etwas größer ist als der innere Durchmesser
des Fassungsteiles 7 des Gehäusekörpers i. Diese Ringe 28 werden zwischen ihren
Nuten und der Innenwandung der Fassung 7 zusammengepreßt,wenn die Hülse 14 in die
Fassung 7 eingesetzt wird, und bilden so die notwendige Druckdichtung. Ein ähnlicher
Ring 29 ist unterhalb der ringförmigen Rinne 15 angeordnet, um die Einlaßabzweigung
i i gegenüber dem Atmosphärendruck abzudichten. Eine weitere Dichtung
30 ist vorgesehen, um (las untere Ende der Hülse 14 so zu sichern, daß dort
kein Kältemittel entweichen kann.
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In einer nicht dargestellten anderen Ausgestaltungsmöglichkeit kann,
anstatt daß die Membran 4 auf den Fingerhut 25 und den Stift 26 des Kugelventils
i9 wirkt, die Membran auf ein Kissen oder Polster wirken, welches zwischen dem Kugelventil
i9 und dem oberen Ende der Belastungsfeder 2o angeordnet ist. DieDrucki-ibertragung
erfolgt durch Stoßstangen, vorzugsweise drei an der Zahl, welche mit gleichem Winkclabstand
um die Achse des Kugelventilsitzes 18 verteilt sind.
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Bei der Ausführungsform des Ventils gemäß Abb. 2 und 3 ist die thermostatische
Verbindung 6 zu der Membrankammer 2 ersetzt durch eine von Hand einstellbare Kompressionsfeder
31. Die Feder 31 ist in einer röhrenartigen Verlängerung 32 der Membranabdeckung
3 untergebracht. Sie stützt sich an ihrem oberen Ende gegen einen Federteller 33
ab, welcher auf einem Zapfen 34 aufgeschraubt ist, wobei das obere freie Ende 35
des Zapfens zum Eingriff mittels eines abnehmbaren Schlüssels oder Handrades zu
einem Vierkant ausgebildet ist. Die Ausbildung der übrigen Teile des Ventils ist
im Prinzip ähnlich dem in Abb. i gezeigten Ventil, aber so weitergebildet, daß die
Abmessungen über alles des Gehäusekörpers auf ein i\Iiniinum herabgesetzt sind.
Das Einlaßrolir i i des Ventilkörpers i, welches einen Filter 12 enthält, ist ganz
dicht unter der Membrankaminer 2 angeordnet. Der Boden dieser Kammer ist in der
Form eines ringförmigen Kanals 36 ausgespart, dessen Oberseite durch einen Ringteil
37 geschlossen ist, welcher den Kanal 36 von dem Raum unterhalb der Membran
4 abdichtet, um ein getrenntes Abteil in der Kammer :2 zu bilden.
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Das Einlaßrohr i i steht mit diesem Abteil 36 durch einen kurzen Kanal
i ja in Verbindung, während die weitere Leitung 38 (Abb. 3) mit dem radialen Einlaß
io in Verbindung steht, welcher die Innenwand der Fassung 7 des Gehäusekörpers durchsetzt.
Die Einlaßöffnung io arbeitet zusammen mit einer ringförmigen Nut 15, die außen
herum auf der Hülse 14 gebildet ist und welche mittels radialer Kanäle
15' mit der zentralen Bohrung 17a durch die Hülse 14 in Verbindung steht.
Oberhalb der höchsten Stelle der Durchlässe 15a ist die Bohrung 17a im Durchmesser
zurückgesetzt, um den Ventilsitz 18 aufzunehmen,welcher in der in Abb.2 und 3 dargestellten
Ausfiihrungsforin ausgebildet ist, um mit einem konischen Nadelventil 19a zusammen
zu arbeiten. Dieses konische Ventil ist aus einem Stück mit dem Stab 26 gebildet,
welcher an seinem oberen Ende in einem Kopf 25a endigt, welcher sich tragend gegen
die Unterseite der Membran 4 anlehnt. Unterhalb des konischen Ventilteiles iga ist
das Ventilstück nach unten verlängert und ragt mit seinem unteren Ende in einen
angeflanschten Führungsfederteller 39, der passend in die Bohrung 17a der Hülse
14 eingelagert ist. Eine Senkmutter 40 ist in das offene Ende der Hülse dichtend
eingesetzt. Unmittelbar unterhalb des konischen Ventilteiles iga ist ein zweiter
Führungsteller 41 starr auf dem Ventilstück befestigt und wird innerhalb der Bohrung
17a gleitend geführt, wobei die beiden mit Flanschen versehenen Führungsfederteller
39, 41 Fassungsteile von einem geringeren Durchmesser haben, so daß diese Fassungsteile
innerhalb der schraubenförmigen Druckfeder 20 Platz haben. Diese Druckfeder stützt
sich mit ihrem einen Ende an dem Federteller 41 ab.
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Die Wirkungsweise dieses Ventils ist im wesentlichen ähnlich dein
in Abb. i beschriebenen Ventil, mit der Ausnahme, daß das Öffnen und Schließen des
Nadelventils iga unabhängig ist von den Veränderungen der Temperatur in der Expansionsschlange
der Kältemaschine.
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Bei der Verwendung eines Ventils gemäß Abb. 2 und 3 ist es aber möglich,
mit wesentlich herabgesetztem Raumbedarf des Gehäusekörpers i auszukommen, ohne
irgendwie etwas hinsichtlich der Zugänglichkeit der Ventileinrichtung in der Hülse
14 zu opfern. «'ie vorher ist die ganze Ventileinrichtung von dein Gehäusekörper
durch Abschrauben der Hülse 14 von dem Fassungsteil des Körpers lösbar.
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Jede der erläuterten Ausgestaltungen sieht somit eine vollständig
abnehmbare Ventileinheit 14 vor, welche von dem Gehäusekörper i zwecks Reinigung
oder Ersatz von Teilen entfernt werden kann, ohne irgendwie eine der Verbindungen
zwischen dein Gehäusekörper i und dem Kältemittelumlauf zu zerstören.
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Darüber hinaus braucht die Dichtung um die Membran 4 herum nicht zerstört
zu werden, und die thermostatische Leitung 6, die in Abb. i gezeigt ist, verbleibt
zu jeder Zeit geschlossen.
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Die Ausgestaltungen haben den ferneren Vorteil, daß, da die obere
Fläche des Ambosses 24 die untere Abstützung für die Membran 4 bildet, die Länge
des Kugelventilstabes 26 oder der Stoßstangen leicht bestimmt werden kann. Daher
kann
bei dem Expansionsventil gemäß der Erfindung das Ventil i9
genau eingestellt werden, bevor die Teile in den Gehäusekörper i eingebracht werden.
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Wenn es vorgezogen wird, kann die Bohrung durch den Fingerhut 25 hindurchgehen,
wobei das obere Ende des Stabes 26 sich unmittelbar abstützend gegen die Membran
4 anlehnt. Um das Ventil einstellen zu können, kann ein Fingerhut 25 mit der gewünschten
-Dicke an seinem geschlossenen Ende ausgewählt werden, bevor der Träger 14 in den
Gehäusekörper i eingefügt wird. Es wird darauf hingewiesen, daß eine verschiedene
Anzahl von anderen Methoden für die Adjustierung von den Teilen, falls gewünscht,
angewendet werden kann, um jedes Einzelventil einzupassen.
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Alle Teile des Ventils, mit Ausnahme der Membran 4, sind für den Ersatz
oder für die. Reinigung leichter zugänglich ohne die Notwendigkeit, den Ausdehnungsventilkörper
i von der Kältemittelumlaufleitung abzunehmen.