DE1032993B

DE1032993B - Thermostatisch gesteuertes Ventil

Info

Publication number: DE1032993B
Application number: DER18921A
Authority: DE
Inventors: Louis Medart Puster
Original assignee: Robertshaw Fulton Controls Co
Current assignee: Robertshaw Controls Co
Priority date: 1955-05-19
Filing date: 1956-05-18
Publication date: 1958-06-26

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf thermostatisch gesteuerte Ventile, und zwar insbesondere auf thermostatisch gesteuerte Ventile zur Steuerung der Zufuhr von auf hoher Temperatur befindlichen Flüssigkeiten oder Gasen, beispielsweise Dampf.

Bei den bekannten Anordnungen, dieser Art ist ein die Temperatur messender Kolben von bestimmtem Volumen mittels einer Kapillarröhre mit enger Bohrung mit einem Faltenbalg verbunden, der in einem Gehäuse untergebracht ist. Der Faltenbalg ist an dem einen Ende luftdicht mit dem Gehäuse fest verbunden, während das andere Ende beweglich ist und mit einem Ventil in Antriebsverbindung steht, um eine Bewegung desselben in Abhängigkeit von der Ausdehnung des Balgs hervorzurufen. Der Faltenbalg, der Kolben und die angeschlossene Kapillarröhre bilden ein abgeschlossenes abgedichtetes System, das mit einer flüchtigen Flüssigkeit angefüllt ist, die bei hoher Temperatur, wenn sie z. B. Dampf ausgesetzt ist, verdampft.

Wenn beim Betrieb der Kolben kalt ist, dann ist er und die zugehörige Kapillarröhre bis kurz vor denn Faltenbalg mit der flüchtigen. Flüssigkeit gefüllt. Da der Faltenbalg dem Dampf ausgesetzt ist, befindet sich die flüchtige Flüssigkeit in ihm und auch in einem kurzen Abschnitt des Verbindungsrohres unter einem Druck, der etwas niedriger ist als derjenige, der zur Bewegung des Faltenbalgs erforderlich ist. Wenn: die Temperatur des Kolbens ansteigt, dehnt sich die Flüssigkeit in ihm aus, und ein Teil von ihr wird in den Faltenbalg hineingepreßt, wo sie verdampft. Durch diese zusätzliche Beschickung des Faltenbalgs steigt der Druck des überhitzten Dampfes in ihm an. Wenn die Temperatur des Kolbens weiter ansteigt und mehr Flüssigkeit in den Faltenbalg hineingepreßt wird, wächst auch der Druck in ihm ständig an, bis sich der Faltenbalg genügend weit ausdehnt und das Ventil durch die Bewegung seines beweglichen Endes geschlossen wird.

Der Kolben ist auch üblicherweise mit einer ausdehnbaren Kammer versehen, die aus einem Justierbalg besteht, welcher ein. festes und ein bewegliches Ende besitzt und dessen Inneres gegenüber der flüchtigen Flüssigkeit im Innern des Kolbens abgedichtet ist. Das bewegliche Ende des Justierbalgs kann mittels eines Einstellstiftes bewegt werden, um dadurch eine Flüssigkeitsmenge in den Faltenbalg einzuführen oder aus ihm herauszuziehen. Dadurch wird die Einstellung des Ventils um einen, meßbaren Betrag geändert.

Die Temperaturdifferenz im Kolben zwischen dem Punkt, an dem der Faltenbalg beginnt, das Ventil zu bewegen, und dem Punkt, an dem die Scheibe das Ventil völlig schließt, wird üblicherweise als sogenannter »proportionaler Bereich« einer derartigen

Thermostatisch gesteuertes Ventil

Anmelder:

Robertshaw-Fulton Controls Company,
Greensburg, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M.-Eschersheim, Lichtenbergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 19. Mai 1965

Louis Medart Puster, Knoxville, Tenn. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Anordnung angesehen. Aus dem Buch »Thermostats and Temperature Regulating Instruments« von R. Griffiths, 3. Auflage, Verlag Charles Griffin & Company Ltd., London, S. 55 bis 58, geht hervor, daß der »proportionale Bereich« eine Funktion der Flüssigkeitsmenge ist, welche bei einer gegebenen Temperatur in den Faltenbalg eingeführt wird. Dies hängt von dem Kolbenvolumen ab. Der Justiarbalg ist ein Hilfsmittel, daß eine bestimmte Flüssigkeitsmenge in den Faltenbalg eingeführt oder aus ihm herausgezogen, wird zu dem Zweck, die Einstellung des Ventils um einen meßbaren Betrag zu ändern. Die Flüssigkeitsmenge, welche durch den Justierbalg eingeführt oder herausgezogen wird, ist jedoch klein im Vergleich mit dem gesamten Kolbenvolumen. Deshalb sind das Kolbenvolumen und dementsprechend der »proportionale Bereich« für alle praktischen Zwecke bei einer gegebenen Regelung der oben beschriebenen Art konstante Größen.

Ein kleiner proportionaler Bereich ist mit einer großen, Änderung der zugeführten Wärme für eine kleine Temperaturabweichung verknüpft, während ein großer proportionaler Bereich eine kleine Änderung der zugeführten Wärme für die Temperaiturabweichung bedingt. Die richtige Bemessung des proportionalen Bereiches hängt ganz von dem Anwendungszweck der Anordnung ab. So kann eine Anordnung mit einem konstanten proportionalen Bereich für eine bestimmte Anwendung zufriedenstellend arbeiten, für eine andere Anwendung dagegen nur unbefriedigend, Es ist daher ein Ziel der Erfindung, bei einem thermostatisch

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gesteuerten Ventil eine Vorrichtung zur Änderung des proportionalen Bereiches zu schaffen, in dem die Anordnung arbeitet.

Gemäß der Erfindung wirkt der Verdampfungsdruck in dem Faltenbalg auf ein druckempfindliches Glied, das seinerseits unter dem Einfluß dieses Druckes und gegen den Druck einer Feder Ausdehnungsflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter, in dem sich Ausdehnungsflüssigkeit in flüssigem Zustand befindet, über ein Kapillarrohr in den Faltenbalg treibt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile gehen aus der Beschreibung hervor, in der auf die Zeichnung Bezug genommen, wird.

Die Zeichnung zeigt eine Ansicht — teilweise im Schnitt — von einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung, in der der Thermostat im verkleinerten Maßstab wiedergegeben ist.

Das Ventil ist in einem Gehäuse 10 angeordnet. Es enthält einen Ventilsitzring 20 und einen Ventilkegel 24.

Ein gut abdichtender Deckel 26 ist an dem oberen Ende des Gehäuses 10 durch eine Überwurfmutter 30 befestigt. Eine Buchse 32 ist in den Deckel 26 eingeschraubt und hält das eine Ende eines Federbechers 36 fest. Das andere Ende des Bechers 36 erstreckt sich koaxial in Richtung auf den Ventilkegel 24.

Eine Scheibe 40 sitzt gleitend im Federbecher 36 und ist mit zwei öffnungen 42 versehen. Ein Ende einer Führungsspindel 46 ist in die Scheibe 40 eingeschraubt. Ihr anderes Ende erstreckt sich durch ein Loch im Ende des Federbechers 36 und ist mit dem beweglichen Ende eines Faltenbalgs 50 verschraubt. Der Faltenbalg 50 umschließt den Federbecher 36 und die Führungsspindel 46 in der dargestellten Weise. Das bewegliche Ende des Faltenbalgs 50 ist mit dem Ventilkegel 24 verbunden.

Eine Spiralfeder 54 umschließt die Führungsspindel 46 und sitzt zusammengepreßt zwischen der Scheibe 40 und dem anderen Ende des Federbechers 36. Die Feder 54 drückt die Scheibe 40, die Führungsspindel 46 und den Ventilkegel 24 von dem Ventilsitz 20 weg. Wenn die sich in dem Balg 54 befindende Flüssigkeit ausdehnt, muß sie den Druck der Feder 54 überwinden, bevor eine Bewegung des Ventilkegels 24 erfolgt.

Die Buchse 32 ragt aus dem Deckel 26 heraus und besitzt eine axiale zylindrische Bohrung 56. Die öffnungen 42 stellen eine Verbindung zwischen der Bohrung 56 und dem Inneren des Faltenbalgs 50 her. Ein zweiter Balg 58, der als druckempfindliches Glied bezeichnet wird, befindet sich in der Bohrung 56. Er ist am oberen Ende mit der Bohrung 56 fest verbunden, während sein anderes Ende beweglich ist und der Scheibe 40 gegenübersteht. Eine Antriebs spin del 62 geht durch eine öffnung 64 in dem oberen Ende der Buchse 32 hindurch.

Das Innere des druckempfindlichen Gliedes 58 ist gegenüber der Bohrung 56 abgedichtet, aber der Druck im Inneren der Bohrung 56 wirkt derart auf es ein, daß er eine Bewegung hervorruft.

An dem Ende der Buchse 32 ist über einer Bohrung eine Kapillarrohre 70 angeschlossen,. Sie führt zu einem Thermostaten, der einen Justierbalg 78 und einen Kolben 76 enthält. Das eine Ende des Justierbalgs 78 kann durch einen Knopf 84 verstellt werden, um damit das Flüssigkeitsvolumen im Innern des Hohlraums 74 zu verändern:.

Die beschriebene Anordnung enthält als neue Elemente das druckempfindliche Glied 58 und die Spindel 62j um den proportionalen Bereich der Anordnung verändern zu können. Es ist zu erkennen, daß ein Druck im Faltenbalg 50 zusätzlich zu seinem Einfluß auf sein bewegliches Ende auch auf das druckempfindliche Glied 58 einwirkt mit dem Bestreben, es zusammenzuziehen und eine axiale Bewegung der Spindel 62 nach oben hervorzurufen. Das druckempfindliche Glied 58 ist mittels der Spindel 62 mit einem dritten Balg 86 verbunden, der im folgenden als Vorratsbehälter bezeichnet wird.

Ein Ende des Vorratsbehälters 86 ist an. einer Platte 88 befestigt, die mittels einer Anzahl von gleich langen. Stangen 90 in einem Abstand von der Buchse 32 gehalten wird. Die Stangen 90 haben eine solche Länge, daß die Wärmeübertragung von dem Faltenbalg 50 und seinen Zubehörteilen zu dem Vorratsbehälter 86 vernachlässigbar ist.

Eine ringförmige Führung 94 umschließt den Vorratsbehälter 86 und hält ihn in axialer Ausrichtung zu dem Faltenbalg 50. Das freie Ende des Vorratsbehälters 86 ist in der dargestellten Weise mit der Spindel 62 verbunden. Eine Kapillarrohre 104 geht durch eine Buchse 102 hindurch und mündet in, einem Durchgang 106 der Buchse 32.

Der Vorratsbehälter 86 ist ebenfalls mit der flüchtigen Flüssigkeit angefüllt. Wegen seines Abstandes von dem druckempfindlichen Glied 58 befindet sich die Flüssigkeit in ihm tatsächlich in flüssigem Zustand. Das druckempfindliche Glied 58 ist so ausgebildet, daß seine wirksame Fläche größer ist als die wirksame Fläche des Vorratsbehälters 86.

Der Druck der überhitzten Flüssigkeit im Innern des Faltenbalgs 50 wirkt auf das druckempfindliche Glied 58 und ruft eine axiale Bewegung der Spindel 62 in Richtung auf den Vorratsbehälter 86 hervor. Da dieser eine kleinere wirksame Fläche besitzt als das druckempfindliche Glied 58, zieht er sich unter dem Druck der Spindel 62 zusammen und drückt eine Flüssigkeitsmenge durch das Rohr 104 in. die Bohrung 56, wo sie unmittelbar verdampft und den. Druck in dem Faltenbalg 50 weiter vergrößert. Dies ruft eine größere Bewegung des Ventilkegels 24 hervor, als dies normalerweise nur durch Verdampfung der durch den Kolben 76 in den Faltenbalg 50 eingeführten Flüssigkeit erreicht wird. Die Druckzunahme durch die Verdampfung der Flüssigkeit, welche von. dem Vorratsbehälter 86 abgegeben wurde, bewirkt weiterhin eine Bewegung des druckempfindlichen Gliedes 58 und ein Eintreten der Flüssigkeit in den Faltenbalg 50 durch den Vorratsbehälter 86, bis die Bewegung des druckempfindlichen Gliedes 58 begrenzt wird.

Um dies zu erreichen, ist eine Buchse 108 auf der Spindel 62 befestigt. Die Buchse 108 ist mit zwei Zapfen, 110 versehen, welche einen Hebel 112 halten, der im wesentlichen senkrecht zu der durch die vier Stangen 90 definierten Achse verläuft. Ein Träger 114 geht von der Mutter 30 aus und bildet eine Lagerung für den Hebel 112. Dieser ist mit mehreren Kerben 120 versehen, welche mit dem Träger 114 in Eingriff gebracht werden können. Das andere Ende des Hebels 112 ist mit einer Anzahl von Bohrungen 122 zur Aufnahme eines Stiftes 124 versehen.. Eine Spiralfeder 126 ist mit einem Ende über den Stift 124 gehakt, während ihr anderes Ende an, einer Stange 128 eingehängt wird,'welche an der Mutter 30 befestigt ist.

Die Stellung der Buchse 108 auf der Spindel 62 kann durch eine Feststellschraube 109 verändert werden, um damit die Spannung der Feder 126 zu verändern, welche die Spindel 62 in Richtung auf den Faltenbalg 50 vorspannt und dem Druck im Innern

Claims

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des Faltenbalgs 50 entgegenwirkt, der das Bestreben 58 hervor, welche mittels der Spindel 62 auf den

hat, die Spindel 62 in Richtung auf den Vorrats- Vorratsbehälter 86 übertragen wird. Dabei wird ein

behälter 86 zu bewegen. Bei einer solchen Bewegung Teil der Flüssigkeit aus dem Behälter 86 durch die

wird die Buchse 108 mitgeführt und ruft damit eine Kapillarröhre 104 in den Faltenbalg 50 gedrückt.

Drehung des Hebels 112 um eine der Kerben 120 im 5 Diese zusätzliche Flüssigkeitsmenge bewirkt ein

Uhrzeigersinn hervor. Dies bewirkt eine Aufwärts- weiteres Anwachsen des Druckes in dem Faltenbalg

bewegung des Stiftes 124 und eine Verlängerung der 50, so daß der Druck P₂ in dem Faltenbalg 50 für

Feder 126 und damit eine Vergrößerung der von ihr dieselbe Temperaturänderung am Kolben; 76 größer

auf die Spindel 62 ausgeübten Kraft. Damit wächst ist, als er bei der normalen Anordnung erreicht

die Kraft der Feder 126, welche dem Druck im io werden würde.

Innern des Balgs 50 entgegenwirkt und vergrößert Die Arbeitsweise ist gemäß der Erfindung in gedie Aufwärtsbewegung der Spindel 62 in Richtung wissem Sinne rückkoppelnd, da ein weiteres Anauf Vorratsbehälter 86. Dabei wird ein Gleich- wachsen des Druckes in dem Faltenbalg 50 ein gewichtszustatid erreicht und die Bewegung der Spin- weiteres Zusammendrücken, des druckempfindlichen del 62 begrenzt. Die Kerben 120 ermöglichen es, den 15 Gliedes 58 und des Vorratsbehälters 86 zur Folge Drehpunkt des Hebels 112 und damit das Maß der hat und auf diese Weise noch mehr Flüssigkeit in den Zunahme der Federspannung 126 bei Bewegung der Faltenbalg 50 eingeführt und damit der Druck noch Spindel 62 zu verändern. Hierdurch wird die Gleich- mehr vergrößert wird. Da sich jedoch die Spindel 62 gewichtsstellung der Spindel 62 verändert. Da die nach oben bewegt, werden die Zapfen 110 ebenfalls Flüssigkeitsmenge, die in den Faltenbalg 50 von dem 20 nach oben bewegt. Diese Bewegung wird durch den Vorratsbehälter 86 aus eintritt, von der Aufwärts- Stift 124 am Ende des Hebels 112 vervielfacht und bewegung der Spindel 62 abhängt, wird die Bewegung ergibt eine Vergrößerung der durch die Feder 126 in des Ventilkegels 24 ebenfalls verändert. Da diese Abwärtsrichtung wirkenden Kraft.
Flüssigkeitsmenge den Betrag der Ventilbewegung Es tritt ferner eine Vergrößerung der Abwärtsbestimmt, wird der proportionale Bereich der An- 25 kraft durch das Zusammendrücken der Bälge 58, 86 Ordnung ebenfalls durch Veränderung der Stellung ein. Diese setzt sich jedoch nur bis zu einem Punkt des Hebellagers verändert. fort, bei dem die Aufwärtskraft infolge des vergrößerten Druckes P₂ wieder durch die vergrößerte Arbeitsweise abwärts gerichtete Kraft der Feder 126 und der

Das System aus dem Kolben. 76, dem Hohlraum 74, 30 Federung des Balgs 58 und des Balgs 86 ausgeglichen

der Kapillarröhre 70, dem Faltenbalg 50, dem Raum wird.

56, dem Vorratsbehälter 86 und der Kapillarrohre 104 Wenn die Temperatur an dem Kolben 76 abnimmt,

wird mit einer flüchtigen Flüssigkeit gefüllt. Wenn tritt ein entsprechender Vorgang ein; dann wird nätn-

der Kolben 76 kalt ist und die Dampfzufuhr durch lieh eine Flüssigkeitsmenge in den. Kolben 76 hinein-

die Stellung des Ventilkegels 24 geregelt werden soll, 35 gezogen, wodurch sich diese Flüssigkeit in der

umgibt der Dampf den Faltenbalg 50 und die Kapillarröhre weiter von dem Faltenbalg 50 entfernt.

Flüssigkeit in seinem Innern. Der Raum 56 und ein Ein Teil des überhitzten Dampfes kondensiert dann

Teil der Röhren 70, 104 ist mit überhitztem Dampf in der Röhre 70 und verringert den Druck im Innern

bei einem bestimmten Druck P₁ gefüllt, während, der des Faltenbalgs 50. Wenn dieser geringere Druck nach

Kolben 76, der Raum 74, der Vorratsbehälter 86 und *o oben auf die ungleichen Flächen des druckempfind-

die Röhren 104, 70 mit Flüssigkeit gefüllt sind. Der liehen Gliedes 58 und des Vorratsbehälters 86 ein-

Druck P₁, der geringer ist als er für die Anfangs- wirkt, dann bewirkt die Feder 126, daß sich diese

bewegung¹ des Faltenbalgs 50 erforderlich wäre, wirkt Teile abwärts bewegen, wobei sie noch mehr über-

auf die wirksame Fläche des druckempfindlichen hitzten Dampf aus dem Faltenbalg 50 herausziehen,

Gliedes 58 in Aufwärtsrichtung und auf den Vorrats- 45 der kondensiert und damit den Druck noch mehr ver-

behälter 86 in Abwärtsrichtung, so daß als Rest eine ringert. Dieser Prozeß setzt sich fort, bis Gleich-

Aufwärtskraft in der Größe des Druckes P₁ multi- gewicht zwischen der Kraft der Feder 126 und dem

pliziert mit der Differenz zwischen den wirksamen Druck im Innern des Faltenbalgs 50 besteht.

Flächen des druckempfindlichen Gliedes 58 und. des Die Strecke, um die sich das druckempfindliche

Vorratsbehälters 86 übrigbleibt. Diese Kraft wird 50 Glied 58 und der Vorratsbehälter 86 als Folge der

teilweise durch die Federung der beiden, Bälge und Druckänderung im Innern, des Faltenbalgs 50 be-

teilweise durch die Kraft, welche durch die Spannung wegen, hängt von der Federkonstanten. 126 ab. Es ist

der Feder 126 hervorgerufen wird, aufgehoben. Auf möglich, eine beträchtliche Veränderung der Feder-

diese Weise ist die Spindel mit dem Ventil und dem kräfte durch Veränderung des Drehpunktes des

Faltenbalg 50 bei einer weit offenen Stellung im 55 Hebels 112 auf dem Halter 114 zu erreichen. Damit

Gleichgewicht. wird auch der proportionale Bereich der Anordnung

Wenn die Temperatur an dem Kolben 76 zunimmt, verändert, was eine der Hauptaufgaben der vor-

dann wird eine bestimmte Flüssigkeitsmenge durch liegenden Erfindung darstellt.

die räumliche Ausdehnung der Flüssigkeit aus der Als Folge der Rückkopplungswirkung der Anord-

Kapillarröhre 70'in den Faltenbalg 50 gedruckt. Diese 60 nung ist es möglich, einen weiteren Bereich der

zusätzliche Menge von Flüssigkeit, die in den Falten- Temperatureinstellung durch Drehung des Knopfes

balg 50 aus dem Kolben 76 übertritt, wird verdampft 84 zu erreichen als früher,
und vergrößert den Druck in dem Faltenbalg 50 auf
einen Wert P₂. Dieser vergrößerte Druck wirkt auf

den Unterschied zwischen den wirksamen Flächen des 65 Patentansprüche:
druckempfindlichen Gliedes 58 und des Vorrats-

behälters 86. 1. Thermostatisch gesteuertes Ventil mit einem

Da das System bei dem niedrigeren Druck P₁ im Wärmefühler, der mit einer flüchtigen Flüssigkeit

Gleichgewicht war, ruft der vergrößerte Druck eine in flüssigem Aggregatzustand gefüllt ist und

Aufwärtsbewegung des druckempfindlichen Gliedes 70 durch ein Kappillarrohr mit einem Faltenbalg

zum Antrieb des Ventils verbunden! ist, wobei der Faltenbalg von einem Medium von einer Temperatur umspült ist, bei dem die Ausdehnungsflüssigkeit verdampft, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfungsdruck in dem Faltenbalg (50) auf ein druckempfindliches Glied (58) wirkt, das seinerseits unter dem Einfluß dieses Druckes und gegen den Druck einer Feder (126) Ausdehnungsflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter (86), in dem sich Flüssigkeit in flüssigem Zustand befindet, über ein Kapillarrohr (104) in den Faltenbalg (50) treibt.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das druckempfindliche Glied (58) als auch der Vorratsbehälter (86) aus Faltenbälgen bestehen, wobei der Durchmesser des druckempfindlichen Gliedes größer ist als der des Vorratsbehäl tears.
3. Ventil nach, Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft der Feder (126), die dem Verdampfungsdruck im Faltenbalg (50) entgegenwirkt, sowohl der Größe als auch der Federkonstante nach einstellbar ist.
4. Ventil nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenr balg zum Antrieb des Ventils von dem Medium umspült ist, dessen Durchfluß durch das Ventil gesteuert wird.
5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das druckempfindliche Glied (58), das auf den Vorratsbehälter (86) einwirkt, von außen von dem flüchtigen Medium beaufschlagt und in eine Bohrung (56) des Ventilgehäuses eingesetzt ist, deren Inneres mit dem Innern des Faltenbalgs (50) verbunden ist, der den Ventilkegel (24) betätigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 809 558/246 6.58