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Thermostatisch betätigtes Tellerventil Die Erfindung bezieht sich
auf ein thermostatisch betätigtes Tellerventil, dessen Ventilteller mit einem quer
in die Leitung hineinragenden und in Strömungsrichtung trichterförmig verlaufenden,
den Ventilsitz bildenden Gehäusewandteil zusammenwirkt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem thermostatisch betätigten
Tellerventil dieser Art den Durchmesser des Ventiltellers und damit die Ventiltellerfläche
so gering wie möglich zu machen und trotzdem die Strömungseigenschaften wie die
Durchflußmenge und den Druckabfall des Ventils gegenüber bekannten Konstruktionen
dieser Art nicht zu verschlechtern.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Tellerventil der eingangs erwähnten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gekrümmte Fläche des Übergangs von dem
quer zur Leitung verlaufenden Gehäusewandteil in den Trichter einen allmählich zunehmenden
Krümmungsradius besitzt und das in Strömungsrichtung weisende Ende des Trichters
divergierend ausgebildet ist, wobei der Ventilteller in Schließlage nahe der engsten
Stelle des Ventilsitzes aufliegt. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, einen Trichterdivergenzwinkel
zwischen 3° und 30°, vorzugsweise von etwa 6°, zu wählen. Eine besonders günstige
Steuerwirkung durch den Ventilteller ergibt sich, wenn der Ventilteller von der
Zufiußseite aus mit dem Gehäusewandbereich von allmählich zunehmendem Krümmungsradius
zusammenwirkt.
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Bei Versuchen wurde gefunden, daß ein erfindungsgemäß aufgebautes
thermostatisch gesteuertes Tellerventil im Vergleich zu gleichartig aufgebauten
bekannten Ventilen mit kegelförmigem Ventilsitz eine um etwa 65111o kleinere Ventiltellerfläche
aufweisen kann, ohne daß dabei die Strömungseigenschaften des Ventils geändert werden.
Durch diese erfindungsgemäß ermöglichte Verkleinerung der Ventiltellerfiäche und
damit auch des Ventiltellerdurchmessers werden aber, wie sich weiter herausgestellt
hat, störende Resonanzen des Ventiltellers und damit mögliche Beschädigungen des
Ventils bzw. der Abstützung des Thermostaten am Ventilgehäuse vermieden. Es wurde
nämlich gefunden, daß die Schwingungskräfte, die unter bestimmten Druckverhältnissen
vor dem Ventil auftreten, eine Funktion des Flächeninhalts der der Strömung zugewandten
Fläche des Ventiltellers sind.
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Es ist bei aridersgearteten Ventiltypen, z. B. bei Schieberarmaturen
u. dgl. an sich bereits bekannt, den Auslaß des Ventils divergierend auszubilden.
Bei diesen bekannten Ventilkonstruktionen tritt aber das der Erfindung zugrunde
liegende Problem, nämlich Resonanzschwingungen des Ventiltellers zu vermeiden, nicht
auf, so daß diese bekannten Ausführungen nicht unmittelbar mit der erfindungsgemäßen
Maßnahme vergleichbar sind.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß aufgebautes
thermostatisch gesteuertes Tellerventil; F i g. 2 zeigt einen Teilschnitt durch
den gekrümmten Wandteil eines Tellerventils nach F i g. 1.
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Das in F i g.1 gezeigte thermostatisch gesteuerte Tellerventil 10
umfaßt eine mit einer Öffnung versehene Querwand 11, von der aus sich ein Bügel
12 erstreckt, sowie ein Basiswandteil 13, das auf der von dem Bügel 12 abgewandten
Seite mit der Querwand 11 verbunden ist und als Führung für den Thermostaten 20
sowie als Federteller wirkt. Der
Bügel 12 und das Basiswandteil
13 sind an der Querwand 11 mittels Nieten oder auf andere geeignete Weise befestigt.
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Die Querwand 11 beträgt einen in der Umfangsrichtung verlaufenden
Flansch 14, mittels dessen man das Ventil in eine Strömungsmittelleitung einbauen
kann. Bei der Verwendung des Ventils in einem Straßenfahrzeug könnte man es auf
dem Zylinderblock selbst im Strömungsweg des Kühlmittels anordnen, so daß er den
Strom des Kühlmittels regelt, der das Ventil in Richtung der eingezeichneten Pfeile
passiert.
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An die Querwand 11 ist ein trichterförmiger Stutzen 15 angearbeitet,
der den waagerechten Teil der Querwand mit einem geradwandigen, sich erweiternden
Kanal 16 verbindet, welcher seinerseits in einer Öffnung 17 endet.
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Der durch die gekrümmte Linien begrenzte Stutzen 15 hat mehrere verschiedene
Krümmungsradien, so daß ein Bereich mit stärkerer Krümmung in der Strömungsrichtung
vor einem Bereich mit geringerer Krümmung liegt, wie dies in F i g. 2 näher dargestellt
ist.
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Der Kanal 16 führt von dem Stutzen 1.5 zu der Öffnung 17 und divergiert
gegenüber der Mittelachse des Kanals unter einem Winkel von etwa 6°, so daß auf
eine noch zu erläuternde Weise die Erzielung des vollen Strömungsmitteldurchsatzes
gewährleistet ist.
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Die von einer Öffnung durchgelassene Wassermenge ist eine Funktion
des Strömungsmitteldrucks vor und hinter der Öffnung, also des Druckabfalls. Öffnungen
mit einem relativ hohen Druckabfall sind als unwirtschaftlich zu bezeichnen, denn
beim Hindurchströmen des Strömungsmittels tritt ein relativ hoher Druckverlust auf,
der dazu führt, daß die Öffnung von einem Volumen passiert wird, das kleiner ist
als das bei einer Öffnung mit einem kleineren Druckabfall erzielbare.
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Ein Druckverlust kann bei kurzen Rohren z. B. von der plötzlichen
Abnahme der Geschwindigkeit des das Rohr passierenden Strömungsmittels herrühren,
die durch die Expansion des Strömungsmittels hervorgerufen wird, welche ihrerseits
bewirkt, daß innerhalb des eingeschnürten Teils des Kanals eine Stoßwirkung auf
das Strömungsmittel aufgebracht wird, so daß eine starke Verwirbelung stattfindet.
Wenn man einen durch gekrümmte Linien begrenzten Einlaufabschnitt im Sinne der Erfindung
vorsieht, der der natürlichen Einschnürung des durch ein kurzes Rohr fließenden
Wasserstroms angepaßt ist, kann man eine allmähliche Vergrößerung des Querschnitts
der Strömung erzielen, um die Austrittsgeschwindigkeit zu steigern und so den Druckverlust
herabzusetzen.
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Betrachtet man den Druckabfall längs eines Rohrs als Maß für die Wirtschaftlichkeit
des Rohrs, so zeigt es sich, daß ein im Sinne der Erfindung gekrümmter Eintrittsabschnitt
einen erheblich -eringeren Druckabfall verursacht als die bekannten Konstruktionen.
Der Durchmesser des Kanals kann daher erheblich kleiner sein als bei den bekannten
Ventilen, wobei trotzdem immer noch die gleiche oder eine größere Strömungsmittelmenge
je Zeiteinheit durchtreten kann, wenn vor der Düse ein konstanter Druck herrscht.
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Es sei bemerkt, daß der Divergenzwinkel des Kanals zwischen 3° und
30° oder mehr variieren könnte und daß sich vor allem hierdurch ein höherer Wirkungsgrad
ergibt, doch hat es sich als zweckmäßig erwiesen, einen Divergenzwinkel von mindestens
6° vorzusehen. Außerdem ist es mit Rücksicht auf eine gedrängte Bauweise, eine leichte
Montage und geringe Herstellungskosten sowie auf die Oberflächenreibung zweckmäßig,
die Länge des Kanals in der gezeigten Weise zu begrenzen.
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Der eigentliche Thermostat 20 zum Steuern des Ventiltellers umfaßt
ein Gehäuse 21, das aus einem auf Temperaturänderungen ansprechenden Teil 22 und
einem Bund 23 besteht. Ein Kolben 24 kann aus dem Gehäuse 21 ausgeschoben werden,
wenn in der Umgebung des temperaturempfindlichen Teils 22 eine vorbestimmte Temperatur
wirksam wird.
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Der Durchmesser der Führungsbohrung 25, die durch einen nach oben
ragenden Teil des Basiswandteils 13 gebildet wird, ist so groß, daß sie den temperaturempfindlichen
Teil 22 des Thermostaten 20 gleitend aufnehmen kann. Das freie Ende des Kolbens
24 ist bei 27 abgerundet und wird von einer dazu passenden Vertiefung 28 des Bügels
12 aufgenommen. Damit das Kolbenende nicht aus der Vertiefung 28 herausspringen
kann, wird es auf beiden Seiten der Vertiefung durch einen nach unten ragenden Flansch
des Bügels 12 gehalten.
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Auf dem Thermostaten ist ein Ventilteller 30 mit Hilfe eines nach
innen abgewinkelten ringförmigen Flansches 31 angeordnet, der sich an einer Schulter
des radial nach außen vorspringenden Bundes 23 abstützt. Der Ventilteller 30 trägt
ferner einen nach außen abgewinkelten ringförmigen Flansch 32 und kann mit dem Eintrittsabschnitt
15 zusammenarbeiten, um den Strömungsmittelstrom zu regeln. Der Ventilteller 30
ist mit dem Thermostaten 20 nicht starr verbunden, sondern in seiner Betriebsstellung
durch eine zwischen dem äußeren Flansch 32 und dem Basiswandteil 13 angeordnete
Druckfeder 33 gehalten wird. Die Feder 33 wirkt als Rückstellfeder für den Thermostaten
20 und dient zusätzlich dazu, den Ventilteller in Anlage an dem Thermostaten zu
halten. Durch diese Anordnung des Ventiltellers ergibt sich eine erhebliche Senkung
der Fertigungskosten, und die Montage des Ventils wird erleichtert.