DE2460267A1

DE2460267A1 - Thermisch betaetigtes ventil

Info

Publication number: DE2460267A1
Application number: DE19742460267
Authority: DE
Inventors: Jun John Doherty
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1973-12-26
Filing date: 1974-12-19
Publication date: 1975-07-03
Also published as: DE2460267C3; DE2460267B2; IT1024414B; GB1493830A; CA1014537A; FR2256359B1; FR2256359A1

Description

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TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED
13500 North Central Expressway-Dallas, Texas / V.St.A.

Thermisch betätigtes Ventil

Die Erfindung "bezieht sich auf ein thermisch betätigtes Ventil und insbesondere auf ein thermisch ■ betätigtes Ablaßventil zur Verwendung in einer Kaffeemaschine oder für andere Anwendungsfälle, bei denen in einer ersten Kammer auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmtes Wasser in oder durch eine zweite Kammer, beispielsweise eine Kaffeebrühkammer oder dergleichen abzulassen ist.

Mit Hilfe der Erfindung soll ein thermisch betätigtes Ventil geschaffen werden, das sich .durch Schnappwirkung bei einer vorbestimmten Temperatur öffnet, damit eine relativ große KLüssigkeitsmenge hindurchstömen kann. Das mit Hilfe der Erfindung zu schaffende Ventil soll sich in einfacher Weise als Einheit in einem Gerät einbauen lassen. Ferner soll es im geschlossenen Zustand ein Ausströmen im wesentlichen vermeiden. Auch soll das mit Hilfe der Erfindung zu schaffende Ventil so ausgebildet sein, daß auf seinen Ventilsitz keine übergroßen Beanspruchungen einwirken,wenn das entsprechende Ventilglied mit ihm in Eingriff steht, damit schädliche Verformungen des Ventilsitzes verhindert

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werden. Das Ventil soll hygienisch aufgetaut sein, damit es bei Nahrungsmitteln, trinkbaren Flüssigkeiten, und dergleichen eingesetzt werden kann. Ferner soll das Ventil einfach und ohne große Kosten hergestellt werden können, und es soll zuverlässig arbeiten.

DfS erfindungsgemäße thermisch betätigte Ventil enthält ein Gehäuse, durch das sich eine Durchführung mit einem Einlaß und einem Auslaß erstreckt, sowie einen Ventilsitz zwischen dem Einlaß und dem Auslaß. Eine ein Ventilglied bildende thermosthatische, schalenförmige Bimetallscheibe ist in der Durchführung angebracht; sie ist plötzlich über ihre Mittellage hinaus von einer ersten Krümmungsposition, in der ihr Umfang mit dem Ventilsitz zum Absperren der Verbindung durch die Durchführung in Eingriff steht, in eine zweite Krümmungsposition beweglich, in der sie den Ventilsitz nicht berührt, so daß eine Strömung am Ventilsitz vorbei möglich ist. Die Scheibe ist von ihrer ersten in ihre zweite Krümmungsposition beweglich, nachdem sie einer ersten Temperatur ausgesetzt worden ist, und sie kann von ihrer zweiten Krümmungsposition wieder in ihre erste Krümmungsposition zurückkehren, nachdem sie einer zweiten Temperatur ausgesetzt worden ist. Ein Federglied drückt die Feder gegen den Ventilsitz und hält sie in abdichtendem Eingriff mit ihm, wenn sie sich in ihrer ersten Krümmungsposition befindet. Das Gehäuse enthält ein Auflager, auf das der Mittelabschnitt der Scheibe einwirken kann, wenn sich diese von ihrer ersten Krümmungsposition über ihre Mittellage in die zweite Krümmungsposition·bewegt, wodurch gewährleistet wird, daß sich der Rand der Scheibe vom Ventilsitz abhebt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

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Fig. 1 eine Draufsicht auf ein thermisch betätigtes Ablaßventil nach der Erfindung, wobei Teile der Deutlichkeit der Dersteilung wegen weggebrochen sind, und

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1, wobei mit ausgezogenen Linien die geschlossene Position des Ventils und mit gestrichelten Linien die geöffnete Position des Ventils dargestellt sind.

Das in der Zeichnung dargestellte thermisch betätigte Ablaßventil 1 enthält ein Gehäuse 3 aus einem geeignet geformten Material, beispielsweise einem.wärmehärtbaren Kunstharzmaterial. Durch das Gehäuse führt eine Durchführung 5 mit einem Einlaß 7 und einem Auslaß 9; ein p-Ring 11 bildet dazwischen einen Ventilsitz, der O-Ring 11 kann aus einem elastischen biegsamen natürlichen oder synthetischen Elastomer bestehen. Der Ventilsitz könnte aber auch aus einem an Ort und Stelle eingegossenen und anschließend gehärteten elastischen Material geformt sein. Eine schalenförmige thermostätische Bimetall-Ventilscheibe 13 ist in der Durchführung 5 angebracht. Diese Scheibe kann sich automatisch plötzlich bei einer ersten voreingestellten Temperatur von einer ersten (in Fig. 2 mit ausgezogenen Linien dargestellten) Krümmungsposition, in der die Scheibe gegen den O-Ring 11 gebogen ist und mit dem Außenrand der konkaven Fläche der Scheibe (in der Ansicht von Fig. 2) in abdichtendem Eingriff mit dem O-Ring 11 steht, über ihre Mittellage (d.h. durch Umschnappen über ihre Mittellage) in eine zweite (in Fig. 2 mit gestrichelten Linien dargestellte) Krümmungsposition bewegen, in der sie vom O-Ring 11 weg gebogen ist und in der ihr Rand den' O-Ring nicht berührt, damit Flüssigkeit durch die Durchführung 5 strömen kann. Die Scheibe bewegt sich automatisch

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aus ihrer zweiten Krümmungsposition wieder in ihre erste Krummungsposition zum Schließen des Ablaßventils zurück, nachdem sie einer zweiten voreingestellten Temperatur ausgesetzt worden ist.

Das Ablaßventil 1 enthält ferner ein elastisches Federglied 15, das die Ventilscheibe 13 als Einheit gegen den O-Ring 11 drückt. Diese Vorspannvorrichtung hält die Scheibe kraftschlüssig in abdichtendem Eingriff mit dem O-Ring, wenn die Ventilscheibe ihre erste Position, nämlich die geschlossene Position einnimmt. Es ist zu erkennen, daß die Vorspannvorrichtung genügend Kraft ausübt, um den abdichtenden Eingriff zwischen der Scheibe und dem O-Ring aufrechtzuerhalten, jedoch keine so große Kraftausübung auf den O-Ring zuläßt, die eine Druckhärtung des Elastomers und eine dauerhafte Deformierung des O-Rings mit einer dadurch bewirkten Undichtheit verursachen könnte. Das Gehäuse 3 enthält ein Widerlager 17, auf das der Mittelabschnitt der Ventilscheibe 13 einwirken kann, wenn diese über ihre Mittellage hinaus von der geöffneten in die geschlossene Position umschnappt, damit eine Bewegung des Mittelabschnitts der Ventilscheibe über ihre Umfangsebene hinaus in der geschlossenen Position verhindert wird, wodurch bewirkt wird, daß sich der Umfang der Ventilscheibe von dem O-Ring 11 abhebt, damit ein Durchströmen der Flüssigkeit zugelassen wird.

Das Gehäuse 3 ist insbesondere allgemein kreisförmig im Querschnitt, und es hat einen Einlaßabschnitt 19 mit einem relativ weiten Durchmesser und einen Auslaßabschnitt 21 mit einem relativ kleinen Durchmesser. Die Außenseite des Einlaßabschnitts 19 ist mit Einrichtungen 22 (beispielsweise mit Gewindegangen, einem Bajonettverschluß, mit Schnappringen oder dergleichen) zum dichten Befestigen des

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Ablaßventils in, der Öffnung des Bodens eines Behälters, beispielsweise dem Wasserbehälter einer Kaffeemaschine oder eines anderen Geräts versehen. Der Einlaßabschnitt 19 hat eine allgemein kreisförmige Ausnehmung 23, und der Auslaßabschnitt 21. ist mit einer Auslaßdurchführung 25 versehen, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Ausnehmung 23 ist, wobei zwischen der Ausnehmung und der Auslaßdurchführung eine Schulter 27 angebracht ist. Es ist zu erkennen, daß die Auslaßdurchführung 25 im wesentlichen in der Mitte des O-Rings sitzt, so daß Wasser in der geöffneten Position der Scheibe 13 über die Oberseite des O-Rings von den Außenseiten her zu seiner Innenseite und weiter durch die Auslaßdurchführung 25 strömt.

In der Schulter 27 ist eine Ringnut 29 gebildet, die den 0—Ring 11 aufnimmt. Ein einstückig angeformtes Kreuzglied 31 verläuft quer über das Einlaßende der Auslaßdurchführung 25; es ist mit einem Vorsprung 33 versehen, der über die Höhe der Schulter 27 nach oben ragt, wodurch das Auflager 17 entsteht.Die Ausnehmung 23 ist rriL-t einem abgestuften Abschnitt 35 versehen, in dem Kerben 37 angebracht sind. Der Durchmesser der Scheibe 13 ist ein wenig kleiner als der Innenquerschnitt des abgestuften Abschnitts 35 der Ausnehmung 23, und die Kerben 37 erlauben das Strömen relativ großer Plüssigkeitsströmungsmengen zwischen dem Umfang der Scheibe 13 und den Wänden der Ausnehmung 23.

Die Scheibe 13 wird mit Hilfe einer Haltescheibe 39 in ihrer Lage relativ zum O-Ring 11 gehalten. Diese Haltescheibe besteht vorzugsweise aus einem federnden elastischen Material wie federndem Edelstahl oder dergleichen. Vom Mittelabschnitt der Haltescheibe ist ein Federarm 41 herausgeschlagen, der so verläuft, daß er sich in die Ausnehmung 23 erstreckt und

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dabei federnd auf die Ventilscheibe 13 einwirkt, damit diese federnd in Eingriff mit dem. O-Ring 11 gehalten wird, wenn sie sich in ihrer ersten Krümmungsposition befindet.Ein Schlitz 43 in der Haltescheibe 39, der sich dadurch ergibt, daß der Federarm 4-1 herausgeschlagen ist, dient als eine Öffnung in der Haltescheibe, durch die ebenfalls Wasser strömen kann. Die Haltescheibe 39 hat einen geringfügig größeren Durchmesser als die Ausnehmung 23. Der Außenrand der Hältescheibe 39 ist bei 45 nach oben gebogen, und er ist mit mehreren in gleichem Abstand voneinander lie genden Schlitzen 47 versehen, die mehrere im Abstand voneinander liegende Laschen 49 bilden. Beim Hineindrücken der Haltescheibe in die Ausnehmung 23 bis zur Berührung ihres Bodens mit dem abgestuften Abschnitt 35 werden die Laschen an der Haltescheibe nach innen gedrückt, so daß sie durch Kraftwirkung in die Seiten der Ausnehmung eingreifen, damit ein entfernen der Haltescheibe aus der Ausnehmung verhindert \s.rd. Es ist zu erkennen, daß die Schlitze 47 als Öffnungen in der Haltescheibe dienen, durch die Flüssigkeit zur Strömung durch die Durchführung 5 fließen kann.

Wenn das Ablaßventil 1 im Boden eines Wassererhitzungsbehälters einer Kaffeemaschine oder eines anderen Geräts eingebaut ist und zuerhitzendes Wasser sich in der Ansicht von Fig. 2 über dem Ablaßventil bei geschlossener Position der Ventilscheibe 13 befindet, dann wird das Wasser solange in dem Behälter gehalten, bis es auf einen vorbestimmten Temperaturbereich von beispielsweise 82° bis 9O⁰C (180° bis 195°F) erwärmt ist. Der Federarm 41 drückt die Ventilscheibe 13 in Eingriff mit dem O-Ring 11, und er hält die V_entilscheibe kraftschlüssig abdichtend gegen den O-Ring, wie oben beschrieben wurde, doch bewirkt er keine Druckhärtung des elastomeren O-Rings.

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Nachdem das Wasser auf die gewünschte Temperatur erwärmt ist, die durch die Temperatur "bestimmt wird, "bei der die Ventilscheibe 13 über ihre Mittellage hinaus aus ihrer geschlossenen in ihre geöffnete Position umschnappt (wobei diese Temperatur auch als eine erste Temperatur bezeichnet wird), schnappt die Ventilscheibe in ihre geöffnete Stellung um (die in Fig. 2 mit gestrichelten Linien dargestellt ist). Wenn die Scheibe aus ihrer geschlossenen Position in ihre geöffnete Position umschnappt, bewegt sich der Mittelteil der Scheibe nach unten und gelangt in Eingriff mit dem Widerlager 17» wodurch eine weitere Abwärtsbewegung des Mittelteils der Scheibe verhindert wird. Dies bewirkt andererseits eine nach oben gerichtete Bewegung des Umfangs der Scheibe, so daß sich dieser Umfang vom O-Ring 11 abhebt, wodurch auf diese Weise das Ventil geöffnet wird. Wenn sich das Widerlager 17 etwa auf der Höhe der Oberseite des O-Rings 11 oder etwas darüber befindet, stellt das Widerlager sicher, daß der Umfang der Scheibe in deren zweiter Krümmungsposition um einen maximalen Abstand entsprechend der Form der Scheibe in ihrer zweiten Krümmungsposition vom O-Ring nach oben abgehoben ist, wodurch eine hohe Strömungsmenge (oder Abströmmenge) durch das Ventil gewährleistet wird. In manchen Anwendungsfällen kann eine Ablaßöffnung in der Durchführung 5 zur Beschränkung der Strömung auf eine besondere maximale Durchflußmenge angebracht sein.

Nachdem das Wasser, aus dem Behälter abgeströmt ist, kühlt sich die Scheibe 13 unter ihre Ruckstelltemperatür ab, so daß sie sich von ihrer geöffneten Position über die Mittelstellung wieder in die geschlossene Position bewegt und somit das Ablaßventil schließt. Wenn sich die Ventilscheibe über ihre Mittellage gegen ihre geschlosse-

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ne Position bewegt, hält der Federarm 41 die Mitte der Scheibe gegen das Widerlager 17, so daß der Umfang der Scheibe veranlaßt wird, in Eingriff mit dem O-Ring 11 zu gelangen. Nach dem Umschnappen über die Mittellage in die erste Krümmungsposition hebt sich die Mitte der Scheibe vom Widerlager 17 ab, und der Federarm hält die Scheibe in Anlage am O-Ring 11.

Es ist zu erkennen, daß das hier beschriebene Ventil auch für andere Zwecke als für das Ablassen von Wasser verwendet werden kann, das beispielsweise in einer Kaffeemaschine auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wurde, wie es hier beschrieben wurde. Beispielsweise kann das Ablassventil bei einer mit Wasseraufguß arbeitenden Klimaanlage eingesetzt werden, bei der Wasser aus der Anlage abgelassen wird, wenn die Umgebungstemperatur unter den Gefrierpunkt fällt.

Ferner ist zu erkennen, daß das hier beschriebene Ventil, das für einen Einsatz bei Kaffeemaschinen und bei anderen Nahrungsmittelherstellungsgeräten gedacht ist, zweckmäßigerweise aus Materialien hergestellt wird, die gegen Schädigungen durch die Strömungsmittel, denen sie ausgesetzt sind, widerstandsfähig sind und die leicht in hygienischem Zustand gehalten werden können.

Es ist zu erkennen, daß die der Erfindung zugrunde liegenden Ziele und weitere Vorteile erreicht werden. Das hierbeschriebene Ausführungsbeispiel ist keineswegs in einschränkendem Sinne aufzufassen, es sind- vielmehr im Rahmen der Erfindung auch weitere Abwandlungen.möglich.

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Claims

Patentansprüche

I.) Thermisch "betätigtes Ventil mit einem Gehäuse, durch fas eine Durchführung mit einem Einlaß und einem Auslaß führt und mit einem Ventilsitz zwischen dem Einlaß und dem Auslaß, dadurch gekennzeichnet, daß eine thermostatische, schalenförmige, ein Ventilglied bildende Bimetallscheibe vorgesehen ist, die aus einer ersten Krümmungsposition, in der ihr Außenrand in Eingriff mit dem Ventilsitz steht und den Durchlaß durch die Durchführung versperrt, plötzlich über ihre Mittellage in eine zweite Krümmungs— position beweglich ist, in der sie den Ventilsitz nicht berührt und einen Strömungsmitteldurchfluß durch die Durchführung erlaubt, daß die Bimetallscheibe nach Einwirkung einer ersten Temperatur von ihrer ersten Krümmungsposition in ihre zweite Krümmungsposition und nach Einwirkung einer zweiten Temperatur von ihrer zweiten Krümmungsposition in ihre erste Krümmungsposition beweglich ist, daß Andrückeinrichtungen vorgesehen sind, die die Bimetallscheibe gegen den Ventilsitz drücken und sie abdichtend in Eingriff mit diesem halten, wenn sich die Bimetallscheibe in ihrer ersten Krümmungsposition befindet, und .daß eine Y/iderlagervorrichtung vorgesehen ist, die mit dem Mittelabschnitt der Bimetallscheibe in Eingriff bringbar ist, wenn sich die Bimetallscheibe über ihre Mittellage aus der ersten Krümmungsposition in die zweite Krümmungsposition bewegt, so daß sich der Umfang der Bimetallscheibe vom Ventilsitz abhebt.

2, Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz ein Ring aus elastischem Material ist, der abdichtend mit dem Umfang der Bimetallscheibe in Eingriff bringbar ist.

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3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

in dem Gehäuse eine Ausnehmung zur Aufnahme der Bimetallscheibe angebracht ist und daß eine Einrichtung zum Halten der Bimetallscheibe in ihrer Position relativ zum Ventilsitz zur Durchführung einer Bewegung zwischen ihren ersten und zweiten Krümmungspositionen vorgesehen ist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung eine Haltescheibe ist, die mit Vorrichtungen zur Einwirkung auf die Wände der Ausnehmung zum Festhalten der Haltescheibe in der Ausnehmung versehen ist, und daß die Haltescheibe einen auf die Bimetallscheibe einwirkenden elastisch flexiblen Arm aufweist, der die Andrückeinrichtungen bildet.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltescheibe aus einem elastischen flexiblen Material wie Federstahl oder dergleichen besteht und daß der Arm so aus der Scheibe geschlagen ist, daß er gegen die Bimetallscheibe zum Eingriff mit dieser ragt und daß der sich beim Herausschlagen des Arms ergebende Schlitz in der Haltescheibe eine Öffnung für den Durchfluß von Strömungsmittel durch die Durchführung bildet.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Haltescheibe etwas größer als der Durchmesser der Ausnehmung ist, daß der Außenrand der Haltescheibe aufgebogen ist und daß die Haltescheibe derart in die Ausnehmung einsetzbar ist, daß der aufgebogene Außenrand in der Ausnehmung nach außen ragt und in die Wände der Ausnehmung zum Festhalten der Haltescheibe eingreift.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

der Außenrand der Haltescheibe in Anständen radial geschlitzt

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ist, so daß mehrere im Abstand voneinanderliegende
Laschen entstehen, wobei die Zwischenräume zwischen
den Laschen die Öffnungen zum Hindurchströmen des
Strömungsmittels bilden.

8. Ventil nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückeinrichtungen aus einem elastischen Federglied bestehen, das auf die Mitte der thermostatischen Birnetailseheibe einwirkt.

9. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß in dem Gehäuse in der Mitte des Rings liegt.

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