DE1750127A1

DE1750127A1 - Thermostatisches Ventil mit einem beweglichen Betaetigungsglied,dessen Stellung durch eine dichte verformbare,eine Druckkammer verschliessende Membran gesteuert wird

Info

Publication number: DE1750127A1
Application number: DE19681750127
Authority: DE
Inventors: Jean Piemontesi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-04-17
Filing date: 1968-04-02
Publication date: 1971-01-14
Also published as: US3469450A; ES352597A1; FR1557499A; CH473348A; NL6805303A; BE713437A; GB1157770A; AT280716B

Description

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Jean HEHDNTESI, in Plan-les-Ouates (Kanton Genf, Schweiz).

Thermostatisches Ventil mit einem beweglichen Betätigungsglied, dessen Stellung durch eine dichte verformbare, eine Druckkammer verschliessende Membran gesteuert wird·

Die Priorität der schweizerischen Patentanmeldung ETr. 5394/67 vom 17· April 1967 ist in Anspruch genommen.

Xs sind Ventile mit einer verformbaren Betätigungskapsel bekannt, welche die Stellung eines beweglichen Betätigungsgliedes steuern.

Ia den bekannten thermo statischen Ventilen

ist diese Kapsel ei« verformbares Metallrohr, welches den Nachteil besitzt, sperrig, verhältnismassig starr und Brüchen unterworfen zu sein, welche leicht an geschweissten Seilen auftreten, welche mit ätzenden Produkten ia BtruhruAg stehen.

Ia anderen bekannten Ventilen oder Verteilern wird da· beweglieh· Glied duroh eine verformbare eint Druck-

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kammer verschliessende Membran verstellt. Bei thermoetatischen Ventilen ist jedoch diese letztere Anordnung nicht üblich, da es wenig verformbarβ Membrane gibt, welche für die benutzten Steuerflussigkeiten, z.B. Preon, vollständig undurchlässig sind.

Damit die diohte Membran der Tersohiebung des Betätigungsgliedes keinen zu hohen Widerstand entgegensetzt, muss der von der Membran verschlossene, zwischen dem Betätigungsglied und der Wand der Druckkammer liegende Zwischenraum eine erhebliche radiale Breite haben. Dann sind aber die örtlichen Terformungen der Membran, insbesondere an ihren Rändern, gross, wenn der Druck hoch ist· Ausgesprochene Terformungen fuhren häufig zu Diehtigkeitsverlusten der Membran. Diese Verluste sind unzulässig, wenn die Betätigungskapseln eine geringe Kapazität haben, selbst wenn sie sehr klein bleiben. Dieser Nachteil ist besonders bei gewissen Crummimembranen spur bar, welohe einen Oberflächenüberzug besitzen, weloher ihnen eine sehr gute Dichtigkeit erteilt, welche aber keine ausgesprochene Verformung aushalten können.

Die Erfindung bzweckt die Herstellung eines Ventile ' mit einem beweglichen Betätigungeglied, dessen Stellung durch eine dichte verformbare Membran gesteuert wird, wobei die Membran in vollkommener Weise unterstutzt ist, um jede örtliche Verformung derselben zu verhindern.

Hierfür wird bei dem erfindungsgemässen thermostatiechen Ventil die Membran in dem Ringraum zwisohen dem Betätigungsglied und der Wand der Druckkammer duroh eine Reihe von radialen nebeneinander liegenden Stutzteilen unterstützt, welohe •ion mit ihren Enden an den Betätigungsglied und an der Vend der Kammer abstutzen aid zusammen eine praktieoh kontinuierliche 8tutzflache fur den Membran bilden.

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Bas Betätigungsglied kann ein Ventil betätigen, welches die Strömung eines Strömungsmittels oder einen einen Stromkreis herstellenden elektrischen Kontakt steuert. Bas Betätigungsglied kann insbesondere die Stromungsmenge eines Heizoder Kühlmittels in Funktion des Brücke regeln, welcher in einer ausdehnbaren Kapsel hergestellt wird, von welcher die Membran eine Wand bildet.

In anderen Ausführungsformen kann das Ventil auch zur Mischung von warmen und kalten Strömungsmitteln in veränderlichen Verhältnissen ausgebildet sein, um ein Gemisch bestimmter Temperatur herzustellen.

Bas Tentil kann auch ein Fernsteuerglied bilden, wobei dann, ein Ventil oder ein elektrischer Kontakt durch die Druckänderungen eines der Kammer zugeführten Druckmittels betätigt wird.

Bie Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig· 1 ist ein Axialschnitt eines erfindungsgemässen Ventils.

Fig· 2 zeigt einen Teil der die Membran des

Ventils der Fig. 1 unterstützenden Stützteile in grosserem Maßstab.

Fig· 3 ist eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht einer Ausführungsabwandlung der Stützteile der Membran.

Fig. 4 ist eine Teilansicht einer Aueführungsabwandlung der Membran, welche eine andere Ausführungeabwandlung der Stützteile zeigt.

Fig· 5 und 6 sind Teilansichten des Ventile,

welche die Membran und ihre Stützteile in verschiedenen Betriebsstellungen in grösserem Maßstab als Fig. 1 zeigen.

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Fig· 7 ist eine Draufsieht eines Ventilsitzes.

Fig. 8 ist eine Teilansicht des Sitzes der Fig. 7.

Das dargestellte thermostatisehe Tentil besitzt einen Körper 1 mit einem Eingangsstutzen 2 und einem Auegangestutzen 3, welche in eine Kammer 4 munden, in welcher ein Ventilsitz 5 ausgebildet ist.

Die Kammer 4 ist oben durch einen aufgeschraubten Deckel 6 mit einer axialen Bohrung verschlossen, durch welchen ein Stab 8 tritt, welcher axial in einer in einem Stöpsel 10 angeordneten Führungsvorrichtung mit Kugeln 9 gleiten kann. Dieser Stöpsel 10 weist auch nicht dargestellte Dichtungsmittel auf, welche die Abdichtung zwischen dem Stab 8 und dem Stöpsel sicherstellen, ohne die axiale Terschiebung des Stabes zu behindern.

Das untere Ende des Stabes 8 ist in eine

mittlere in der Ruckseite eines Tentils 12 ausgesparte Bohrung eingesetzt. Das Tentil 12 besitzt auf seiner Vorderseite einen Gummibelag 13» welcher mit dem Sitz 5 durch seine ebene Unterseite zusammenwirkt, wie in Fig· 1 dargestellt. Bin« Schraubenfeder 14, welche das Tentil 12 anzuheben sucht, halt diese« gegen das untere Ende des Stabes 8 gedruckt.

Ein Kunststoffsockel 15 ist duroh einen Gewindering 16 an der Oberseite des Deckels 6 befestigt. Dieser Sockel 15 besitzt einen zylindrischen Fuesteil 15a und drei um 120° gegeneinander versetzte, diesen zylindrischen Teil nach oben verlängernde Homer 15b. In einer axialen Bohrung des Sockels 15 und in dem Raum zwisohen den drei Hörnern 15b ist ein Stosssl 17 angeordnet, dessen unteres Ende eins Ausnehmung

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aufweist, in welche das obere Ende des Stabes 8 eintritt. Dieser Stössel 17 besitzt drei radiale Arme 19, welche zwischen den .Hörner 15b hindurchtreten und einen ringförmigen Kopf 21 tragen, an welchem sich das obere Ende einer feder 22 abstützt, welche axial zwischen diesem Kopf und einer Stützplatte 23 zusammengedrückt ist, deren Stellung der Hohe nach regelbar ist.

Die Platte 23 besitzt ein mittleres Loch, mit drei radialen Schlitzen, in welche die Hörner 15b eingeführt sind, so dass die Platte sich nicht gegenüber dem Sockel 15 drehen kann. Die Platte 23 besitzt an ihrem Umfang drei vorspringende um 120° gegeneinander versetzte Zähne, welche in das dreigängige Innengewinde 20 eines drehbaren Betätigungsknopfs 24 eingreifen* Der Knopf 24 ruht axial auf einer Anschlagscheibe 25, welche sich an einer Anlagefläche des Sockels 15 abstützt und durch Eingreifen einer Zunge 25a in eine Hut des Sockels an einer Drehung verhindert ist.

Die Scheibe 25 besitzt an ihrem Umfang einen

Zahn 25b, und der Knopf 24 weist einen unteren Anschlag 24a auf, welcher gegen diesen Zahn stosst und die Drehung des Knopfs auf eine einzige Drehung begrenzt. Der Anschlag 24a befindet sich auf einem schmalen Segment des Knopfs, welches zwischen zwei in den Hantel des Knopfs eingefrästen radialen radialen Schlitzen abgegrenzt ist. Der untere Teil dieses Segments kann radial abgespreizt werden, um bei der Anbringung des Knopfs den Anschlag auf die eine oder die andere Seite des Zahnes 25b zu bringen.

Die Betätigung des Tentile erfolgt durch eine ausdehnbare Kapsel 26 in funktion der Umgebung·temperatur. Ditet Kapsel 26 wird durch ein Metallgehäuse 27 in dtr allge-Jorii einer Kalotte gebildet und weist tint «ylindrisohe

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Kammer 28 geringer Tiefe auf, welche mit einer geeigneten Flüssigkeit gefüllt ist, z.B. Prβon. Die untere Seite der Kammer ist durch eine kreisförmige Membran 29 z.B. aus kunstlichem Gummi verschlossen, deren Umfang zwischen einer ringförmigen Rippe 31 des Gehäuseβ 27 und dem umfang einer Metallscheibe eingespannt ist. Der Umfang dieser Scheibe 32 stützt sich an einem ausseren kreisförmigen Schenkel 33 eines Metallmantels 34 ab, und das Gehäuse besitzt eine Seitenwand 35 mit einem Schenkel 36, welcher auf den Schenkel 33 des Mantels 34 umgebördelt ist, wodurch die Kapsel vollständig abgedichtet wird.

Die Scheibe 32 besitzt ein mittleres Loch,

welches an dem Snde eines hohlen Fortsatzes 37 ausgebildet ist, in welchem der konische Kopf 38 eines Kolbens 39 liegt. Dieser Kopf dient zur Abstutzung des mittleren Abschnitte der Mebran 29» und sein Aussendurohmesser ist grosser als der Durchmesser des Lochs der Scheibe 32, so dass der Kolben in der Stellung der groseten Ausdehnung der Kapsel (Fig· 1) gegen die konische Wand der Scheibe stosst.

Der Mantel 34 weist unten eine innere kreisförmige Randleiste 40 auf, welche unter an dem Ende der drei Homer 15b gebildete Haken 15c greift. Diese aus Kunststoff bestehenden Hörner sind etwas verformbar, und der Mantel 34 wird auf den Sockel 15 zur Befestigung der Kapsel 26 an demselben aufgepresst.

Der Kolben 39 weist einen Sohaft auf, weloher in ein· in dem Stössel 17 ausgebildete Ausnehmung eingreift·

Der Kopf 38 des Kolbens 39 besitzt eine Umfangenut 41 (fig· 5 und 6), wahrend die Scheibe 32 an dta Fuse des Fortsatzes 37 eine kleine Ringnut 42 besitzt. Diese beiden HUten

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41 und 42 bilden Ausnehmungen zur Aufnahme der inneren und ausβeren Bänder einer Reihe von Stützteilen 43* welche eine Brücke zwischen der festen Scheibe 32 und dem die Membran 29 unterstützenden beweglichen Solben 39 bilden.

Die Stützteile 43» von denen vierundzwarytfzig vorhanden sind (Fig· 2), haben je die Form eines Kranzsektors. Sie sind voneinander durch schmale radiale Schlitze getrennt, und ihre Enden sind abgerundet. Die Teile 43 bilden zusammen eine praktisch kontinuierliche Stützflache für die Membran 29, und diese Stützflache kann sich verformen, um dem Kolben 39 bei seiner begrenzten Yerschiebung zu folgen.

In Pig. 1 ist der Kolben 39 in seiner untersten Stellung· dargestellt, in welcher die Gesamtheit der Teile 43 und die Membran 29 eine gebogene Form mit nach oben gerichteter Konkavität haben. In Pig» 5 ist der Kolben 39 in einer Zwischenstellung dargestellt, in welcher die Teile 43 und die Membran eben sind. In Fig. 6 ist der Kolben 39 in einer angehobenen Stellung dargestellt, in welcher die Teile 43 und die Membran 29 eine gebogene Form mit nach unten gerichteter Konkavität haben.

Die Stützteile 43 bieten praktisch keinen

zusätzlichen Widerstand für die Yerschiebung des Kolbens, wobei sie jedoch eine sehr ausgedehnte Unterstützung der Membran 29 bewirken, so dass diese selbst bei hohen Drücken ohne ausgesprochene örtliche Yerformungen arbeiten kann· Die Membran 29 kann sehr dünn sein und aus Gummi, Kunststoff oder eogar aus Metallfolie usw. bestehen· Sie kann einen überzug für ihre Abdichtung aufweisen, selbst wenn dieser verhältnismaeeig empfindlich ist und keine ausgesprochenen Yerformungen auehält·

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Bei der Ia Tig· 3 dargestellten Ausfuhrungsabwandlung sind die Stutzteile 48 durch, mittlere Zungen 49 verbunden·

Bsi der in Fig. 4 dargestellten AusfShrungsabwandlung besitzt der Kopf 38 eine Hingnut 45» in welohe ein umgebogener Rand 46 der Stutzteile 47 eingreift. Bei dieser Ausfuhrungsabwandlung sind die Stutzteile 47 z.B. aus Metallblech yon 0,3 mm Dicke. Die But 45 erleichtert den Einbau der Seile 47» welche die Form von Kranzsegmenten haben» und von

welohen z.B. zwölf vorhanden sind.

Die Stützteile können aus einem beliebigen

Werkstoff sein» z.B. ausgestanztem Metallblech oder eingespritztem Kunststoff. Be ist zu bemerken, dass es nicht nachteilig ist, wenn die die benachbarten Sektoren verbindenen Zungen bei der Benutzung brechen. Die Zungen können daher sehr fein sein. Die Stiitsteile bilden so unter der Membran eine verformbare Stutzbrücke ohne Eigenelastizitat.

Der Sitz 5 weist acht sternförmig um eine

^ kreisförmige Zone 50 herum angeordnete Furchen oder radiale

Arme 51 (Fig. 7) auf. Diese Arme haben eine allmahlioh abnehmende Tiefe, so dass der veränderliche Durchtrittequerschnitt des Tensile zwischen der ebenen Flache des Belages 13 und einer gebogenen abfallenden bei 52 in Fig. 7 dargestellten Kante bestimmt ist. Diese gebogene Form gestattet» eine grossere Kantenlange für eine gegebene projiziert· Flaohe des Ventile zu erhalten. Hierduroh wird bei Wahl einer grossen Kantenlange zur Begrenzung der erforderliohen Hubhohe des Tentils die projiziert· Oberfläche verringert, woduroh die hydraulischen Kraft· verringert werden, welohe auf das ventil infolge der Druckdifferenzen zwischen

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strömungsaufwärts and strömungsabwärts wirken. Jede Furche 51 des Sitzes ist so profiliert, dass eine gleichmassige Strömung erhalten wird, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist.

Bei Ausfuhrungsabwandlungen kann der Sitz auch andere Formen haben, welche einen grossen Umfang fur eine kleine projizierte Oberfläche haben (z.B. eine quadratische, rechteckige oder kreuzförmige Form).

Das obige thermostatische Tentil arbeitet folgendermessen:

Sas thermostatisehe Betätigungsglied ist die

mit Dampfspannung arbeitende ausdehnbare Kapsel 26» deren Innendruck von der Aussentemperatur abhängt.

Durch Drehen des Knopfs 24, welcher geeicht

ist, wird der Druck eingestellt, welchen die Feder 22 von unten nach oben auf den Stössel 17 ausübt· Die TerSchiebung des Stössels 17 nach oben ermöglicht das Anheben des Tentils 12 durch die Wirkung der Feder 14· Das in den Körper durch den Eintrittsstutzen 2 eintretende Heizmittel kann dann zu dem Austrittsetutzen 3 ausfliessen.

Wenn die Kapsel 26 die der dem Stöpsel 24

gegebenen Stellung entsprechende eingestellte Temperatur erreicht, dehnt sie eioh aus und druckt den Stössel 17 gegen die Wirkung der Feder 24 zurück, um das Tentil 12 zu schlieseen, wodurch der Durchtritt des Heizmittel« unterbrochen wird.

Die nachstehende Punkte tragen dazu bei, dem dargestellten Ventil elfte grosse Empfindlichkeit zu geben:

a) DIt Betätigungskapiel 26 ist thermisch gut TOA de* Körper de· Tentils isoliert, wodurch ihr Arbeiten ron dtr ftaptratur desselben unabhängig gemaoht %rird·

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b) Sie Betätigungskapsel 26 hat eine grosse Oberflache für den thermischen Austausch mit der umgebenden Luft und ein kleines Volumen, wodurch ihre Trägheit verringert wird.

c) Die Gegenfeder 22 hat einen grossen Burohmesser, so dass ihre Kennlinie günstiger sein kann·

d) Das Verhältnis zwischen der Lange der abfallenden Kante des Sitzes des Tentils 5 und der projizierten Pläche dieses Sitzes ist gross, so dass das Tentil fur Druokschwankungen des Heizmittelβ weniger empfindlich ist·

ρ * Schlieselich sind noch folgende Torteile anzuführen:

e) Die Betätigungskapsel 26 besteht aus billigen feilen, deren Zusammenbau durch Borderlung keinen Schweiss-Torgang erfordert, wodurch jede Erwärmung der Membran vermieden wird.

f) Die verformbare Membran ist eben, so dass

sie aus einem blattförmigen Werkstoff ausgeschnitten werden kann. Da sie auf ihrer gesamten Oberfläche unterstützt wird, kann sie

. dünn sein, selbst wenn die Kapsel mit hohen Drüoken arbeitet.

Es ist zu bemerken, dass jede ausgesprochene örtliche Verformung der Membran verhindert wird, so dass sie ohne weiteres einen verhaltnismassig empfindlichen überzug zur Herstellung ihrer Undurchlassigkeit aufweisen kann.

° g) Der die Regelung herstellende feil des

JJJ Ventile weist eine geringe Zahl von Teilen auf, und naoh Ver-Cj hakung des Mantels 34 der Kapsel mit den Hörnern des Sockels 15 werden alle Teile duroh den alleinigen von der Jeder 22 ten Sruok ohne Hilfe irgendeiner Sohraube oder eines anderen Verbindungsgliedes im Ihrer Lage gehalten, fur das Auseinandernehmen genügt es, den Knopf 24 »u entfernen und hierauf Al· HSrmer_M15a mittel· einer Spezialzange so weit iu nahem, Am· Al· Betatigungekapsel 26 abgehakt werden kann.

Claims

Patentansprüche

1·) Thermostatisehea Tentil mit einem beweglichen Betätigungsglied, dessen Stellung duroh eine dichte verformbare eine Druckkammer (28) verschliessende Membran (29) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (29) in dem Ringraum zwischen dem Betätigungsglied (38) und der Wand der Kammer (28) durch eine Reihe von radialen nebeneinanderliegenden Stützteilen (43) unterstützt wird, welche sich mit ihren Enden an dem Betätigungsglied und an der Wand der Kammer abstützen und zusammen eine praktisch kontinuierliche Stützfläche für die Membran (29) bilden.

2·) Tentil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Stützteile (43) identisch sind und je im Grundriss die Form eines Kranzsektors haben·

3·) Tentil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützteile (43) unabhängig von einander sind.

4.) Tentil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten Stützteile (48) miteinander durch eine leicht verformbare Zunge (49) verbunden sind.

5·) Tentil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand der Kammer und/oder das Betätigungsglied eine Kreisnut (45) aufweisen, in welche die Stützteile durch umgebogene Endabschnitte (46) eingreifen.

6.) Tentil nach Anspruch 1 mit einem Tentil,

welches sich gegen einen Sitz (5) legt, weloher eine ebene abfallende Kante (52) aufweißt, daduroh gekennzeichnet, dass diese Kante einen nicht kreisförmigen Umriss hat·

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7.) Tentil naoh Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Umriss die Torrn eines Kreuze« oder eines Sterne hat·

8·) Tentil nach Anspruch 1, bei welchem die Membran (29) die yerformbare Wand einer Betevtigungskapsel (26) bildet und sich an einem mittleren Stössel (17)abstützt, auf welchen, eine Gegenfeder (22) wirkt, und welcher die Stellung eines Ventile (12) steuert, dadaroh gekennzeichnet, dass die Gegenfeder (22) zwischen einem fest mitdem Stoseel (17) verbundenen Kopf (21) und einer Stutzplatte (23) angeordnet ist, welche mit ihrem Umfang in ein Innengewinde eines hohlen Betätigung β knopf (24) eingreift, wobei die Jeder durch, ihre Wirkung auf diese Stutzplatte den Knopf an einer Anschlagplatte (25) halt, auf welcher der Knopf zur Veränderung der Spannung der Feder verdreht werden kann.

9·) Tentil naoh Anspruch 1 und 8, bei welchem der Knopf rohrförmig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansohlagplatte (25) sich an einem Sockel (15) abstutzt, weloher in der Längsrichtung angeordnete Homer (15b) aufweist, welch· in dem Knopf untergebracht sind und als Halter fur die den Boden des Knopfs bildende Betätigungskapsel (27) dienen.

10·) Tentil nach Anspruch 1, 8 und 9» dadaroh gekennzeichnet, dass die Betätigumgskapsel (26) mit den Hörnern (15b) durch Haltemittel (15c, 40) vereinigt ist, welche mit diesen beiden Seilen duroh die elastisohe Verformung wenigstem· eines derselben in Eingriff gebraoht werden.

11·) Tentil nach Aaepruoh 1, 8, 9 und 10, daduroh gekennzeichnet, dass die Kapsel (26) ein Merkzeiohen aufweist, welohes die Identifizierung der Winkeleteilung 4··

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Knopfs (24) ermöglicht, und dass die Kapsel gegenüber den Hörnern (15b) des Sockels (15) zur Te randβrung der Stellung diese« Merkzeichens rerdreht werden kann·

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