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Vorrichtung zur Regelung der Strömungsmenge eines Gases und
Verfahren zur Herstellung eines mit einem regelbaren
Bremskanal versehenen Plättchens für diese Vorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der. Strömungsmenge eines Gases, insbesondere für Gasfeuerzeuge, bei welcher das Gas drei unmittelbar aneinander anschliessende, koaxiale Kanäle kreisförmigen Querschnitts durchströmt, von denen zwei als Durchflusskanäle dienen und unveränderbare Durchmesser haben, wogegen der dritte, zwischen den beiden Durchflusskanälen gelegene, als Bremskanal zur Regelung dient und axial durch ein aus elastisch verformbarem Werkstoff bestehendes Plättchen verläuft, das axial zwischen zwei ebenen, zueinander parallelen Druckflächen eingespannt ist, deren Innenränder durch die Öffnungen der beiden Durchflusskanäle gebildet sind,
wobei der Durchgang des Bremskanals durch regelbares axialesZusammendrücken desPlätuhens zwischendenDruckfl chen verengbar ist, und ein Verfahren zur Herstellung eines mit einem regelbaren Bremskanal versehenen Plättchens für diese Vorrichtung.
Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art ist der Durchmesser der an den Bremskanal anschliessenden Durchflusskanäle kleiner als der Durchmesser des Bremskanals oder höchste ; s auf einer Seite so gross wie dieser. Infolge dieser Ausbildung kann bei diesen bekannten Vorrichtungen beim Zusammenpressen der elastischen Scheibe keine gleichmässige Verengung über die ganze Länge des Bremskanals erreicht werden, vielmehr wird der Bremskanal gegen seine Mitte hin stark eingeschnürt, wodurch leicht ein vollkommener Verschluss dieses Kanals auftreten kann ; eine genaue und bleibende Kalibrierung des Bremskanals kann auf diese Weise nicht erzielt werden.
Diese Nachteile werden gemäss der Erfindung im wesentlichen dadurch behoben, dass bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art der Durchmesser der Öffnungen der Durchflusskanäle in den Druckflächen gleich einem Vielfachen, vorzugsweise etwa dem Fünffachen, des Durchmessers des Bremskanals im Plättchen in unzusammengedrücktem Zustand desselben ist.
Bei dieser Ausbildung kann beim Zusam-
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linderform der Wand des Bremskanals durchgehend gleichmässig verengt werden, so dass, von einem ur- sprünglich weit grösseren, leicht herstellbaren Durchmesser ausgehend, ein enger, genau kalibrierter Ka- nal gebildet werden kann, der mit hoher Genauigkeit gleichmässig eine geringe Ausflussmenge an Gas durchlässt, auch wenn das Gas unter einem erheblichen, sich unter Umständen ständig und in grossem Aus mass ändernden Druck steht.
Wenn der äussere Durchmesser des Plättchens etwa zehnmal so gross wie der Durchmesser des Bremskanals in unzusammengedrücktem Zustand und etwa dreimal so gross wie die Höhe des vorzugsweise als Drehkörper ausgebildeten Plättchens gewählt wird, so ergeben sich bei geringstem Materialverbrauch optimale Dichtungsverhältnisse an den Flächen des Plättchens.
Bei Verwendung von Polytetrafluoräthylen als plastisch verformbarer Werkstoff für das Plättchen kann auch bei einer durch die Temperaturschwankungen des Feuerzeuges bedingten Veränderung des Gasdruckes eine einwandfreie gleichmässige und regelmässige Flamme erzielt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das vom Bremskanal durchsetzte Plättchen
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zwei mit dem Bremskanal koaxiale, durch Fliessverformung erzeugte Fortsätze auf, die in die Durchflusskanäle hineinragen. Diese Fortsätze ergeben ausser der gleichmässigen bleibenden Verengung des Bremskanals auch eine Verlängerung dieses Kanals, die eine besondere präzise Kalibrierung dieses Bremskanals ermöglicht.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann eine der beiden Druckflächen kleineren Durchmesser als das vorn Bremskanal durchsetzte Plättchen haben, wobei dann der Aussenrand des Plättchens durch Fliessverformung einen die erwähnte Druckfläche umschliessenden Dichtungswulst bildet.
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elastischen Werkstoff bestehendes Plättchen ein axiales zylindrisches Loch gebohrt wird, dessen Durch- messer ein Vielfaches des Durchmessers des einzuregelnden Bremskanaldurchmesserquerschnitts ist, wo- nach das Plättchen unter Anwendung eines zur Fliessverformung des Werkstoffes ausreichenden Druckes bleibend verformt wird, so dass der Bremskanal verengt wird, wonach der endgültige Durchmesser des
Bremskanals eingeregelt wird, indem das Plättchen unter Anwendung eines geregelten Druckes,
der klei- ner ist als der zur Fliessverformung des Werkstoffes erforderliche Druck, elastisch zusammengedruckt wird.
Dieses Verfahren ermöglicht es in einfacher Weise, ohne Verwendung spezieller Feinstkaliberwerkzeuge sehr kleine Bremskanaldurchmesser zu erzielen und dieseDurchmesser auch nachträglich noch zwecks Re- gelung innerhalb bestimmter Grenzen verändern zu können.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an Ausführungsbeispielen genauer erläutert. Fig. 1 zeigt zum Teil in Seitenansicht und zum Teil im Axialschnitt eine gemäss der
Erfindung ausgeführte Regelvorrichtung. Fig. 2 stellt in einem Axialschnitt und in grösserem Massstab das verformbare Plättchen der Vorrichtung nach Fig. 1 dar. Fig. 3 zeigt im Axialschnitt ein zweites Ausfüh - rnngsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung und erläutert eine beispielsweise Möglichkeit der Unter- bringung eines üblichen Ventils in der Vorrichtung.
Die erfindungsgemässe Regelvorrichtung enthält für den Durchtritt des Gases einen Bremskana12 mit wenigstens angenähert kreisförmigem Querschnitt, welcher axial einen Körper 1 aus einem wenigstens teilweise elastisch verformbaren Werkstoff durchsetzt, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, welche auf diesen Körper 1 in einer den Kanal 2 gleichachsig umgebenden Ringzone einen solchen Druck ausüben, dass der Werkstoff seitlich beiderseits der Druckzone zu fliessen beginnt, insbesondere in Richtung zum
Kanal, wodurch der Durchmesser desselben verkleinert und seine Länge vergrössert wird, was gestattet, die Strömungsmenge des den Kanal 2 durchströmenden Gases auf den gewünschten Wert zu begrenzen.
Der Körper 1 kann aus natürlichem oder künstlichem Gummi, aus Polyäthylen usw. bestehen. Gemäss einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht er jedoch aus Polytetrafluoräthylen.
Der Körper 1 ist vorzugsweise ein Umdrehungskörper, wobei der Durchlass 2 in der zentralen Sym- metrisachse des Körpers liegt.
Falls das Gas, dessen Strömungsmenge geregelt werden soll, aus einer Quelle kommt, in welcher es unter einem verhältnismässig hohen Druck gespeichert ist, insbesondere in flüssigem Zustand, wird zweck- mässig die Vorrichtung zur Regelung der Strömungsmenge auch zur Entspannung des Gases benutzt.
In dem Sonderfall eines Gasfeuerzeuges müsste zur Erzielung einer zweckmässigen Gasströmungsmen- ge in dem Brenner (in der Grössenordnung von 1 Liter/Stunde mit einem Speisedruck in der Grössenordnung von 2 kg/cm2) ein Bremskanal vorhanden sein, dessen Innendurchmesser bzw. Länge grössenordnungs- mässig 0, 01 mm bzw. 3 mm betragen. Ein derartiger Kanal, welcher mit den bekannten Einrichtungen schwer zu verwirklichen ist, kann erfindungsgemäss leicht hergestellt werden.
Hiefür wird in einem Körper 1, der zweckmässig durch Abschneiden von einem Stab, z. B. aus dem "Teflon Grade 6"genannten Werkstoff, hergestellt wird, ein Kanal mit einem erheblich grösseren Durch- messer ausgebohrt, z. B. in der Grössenordnung von 0, 5 mm, worauf die den Kanal 2 umgebende Ringzo- ne zwischen zwei RingflächenS und S zusammengedrückt wird, die einander gegenüberliegen und einen
Innendurchmesser haben, der erheblich grösser als der Durchmesser des Kanals ist, um den den Körper bil- denden Werkstoff seitlich zum Fliessen zu bringen und so den Querschnitt des Kanals bis auf den der ge- wünschten Entspannung entsprechenden sehr geringen Wert zu verringern.
Nach dem Aufhören dieses Druckes bleibt der Körper dauernd verformt ; er behält jedoch solche elastische Eigenschaften bei, dass später der gewünschte Durchmesser mit Hilfe von einstellbaren, vorzugsweise Schrauben enthaltenden Druckeinrichtungen genau eingeregelt werden kann.
Bei der Ausführungsform nach Fig. l enthält die Vorrichtung einen schalenartigen Fussteil 3, dessen
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Kanal 8 herum eine Ringfläche S bildet. Der Körper 1 befindet sich zwischen den Ringflächen S1 1und S Der Fussteil 3 bildet den Verschlussstöpsel eines Behälters 9.
Mit einer derartigen Vorrichtung wurden die nachfolgend geschilderten Versuche unter Verwendung eines Körpers 1 mit in die Öffnung 5 bzw. in den Kanal 8 hineinragenden Fortsätzen la und lb vorgenom- men ; dieser Körper 1 hatte vor der Erzeugung der schon erwähnten bleibenden Verformung folgende Abmessungen (s. Fig. 2) :
Aussendurchmesser D = 5, li os 05 mm ;
Dicke e = 1, 8 mm ;
Durchmesses des Kanals 2 : d = 0, 4 mm ;
Höhe der Fortsätze la und Ib:h = ha :
Durchmesser der Fortsätze : d1 = dz =2 mm.
Der Körper 1 wurde auf den Boden 4 des Fussteiles 3 gelegt und die Schraube 7 wurde soweit eingeschraubt, dass sie mit dem Körper 1 in Berührung kam, ohne auf ihn zu drucken. Das freie Ende der Schraube 7 wurde mit einer Quelle für flüssiges Butan verbunden, welches z. B. von Watte in genau be- stimmtenMengen (2 g Gas auf 1 gWatte) absorbiert war, um den Behälter 9 unter Druck zu füllen, wobei der gesamte Druckminderer vor der Regelung ein vollständiges Füllventil bildete.
Hierauf wurde die Schraube 7 so angezogen, dass der Rand des Körpers l zwischen den beiden Ringflächen S1 undb zu- sammengedrückt wurde, bis der Kanal 2 den gewünschten Durchmesser annahm. Sodann wurde die Öff- nung des Kanals 8 der Schraube geschlossen und die Vorrichtung in einen mit einer Flüssigkeit genau bestimmter Temperatur gefüllten Behälter gebracht. Nach einem Verweilen von 20 min in diesem Behälter wurde der Kanal 8 der Schraube 7 geöffnet und die Strömungsmenge mittels der Schraube in der Weise eingestellt, dass die Höhe der Flamme gemessen wurde, welche von dem durch den Kanal 8 austretenden, aus dem Kanal 2 kommenden Gas erzeugt wurde.
Bei einer ersten Versuchsreihe wurden eine Schraube 7 und ein Fussteil 3 aus Messing benutzt. Bei einer zweiten Versuchsreihe war die Schraube 7 aus Messing und der Fussteil 3 aus dem unter der Bezeichnung "Nylon" bekannten Polyhexamethylenadipamid. Schliesslich wurde eine dritte Versuchsreihe mit einer Schraube 7 aus "Nylon" und einem Fussteil 3 aus "Nylon" angestellt. Wegen der mangelhaften Festigkeit der Gewindegänge der Schraube 7 in diesem letzteren Falle wurde zunächst die vorherige Zusammendrückung des Körpers 1 mittels einer Schraube 7 aus Messing vorgenommen, worauf diese durch eine Schraube aus "Nylon" ersetzt wurde.
Bei diesen drei Versuchsreihen wurden folgende Flammenhöhen erhalten :
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<tb> 100 <SEP> C <SEP> : <SEP> 20 C <SEP> : <SEP> 35 C <SEP> : <SEP>
<tb> Fussteil <SEP> Messing, <SEP> Schraube <SEP> Messing <SEP> : <SEP> 23 <SEP> mm <SEP> ; <SEP> 27 <SEP> mm <SEP> ; <SEP> 31 <SEP> mm <SEP> ; <SEP>
<tb> Fussteil <SEP> "Nylon", <SEP> Schraube <SEP> Messing <SEP> : <SEP> 22 <SEP> mm <SEP> ; <SEP> 22 <SEP> mm <SEP> ; <SEP> 31 <SEP> mm <SEP> ; <SEP>
<tb> Fussteil"Nylon". <SEP> Schraube"Nylon" <SEP> : <SEP> n <SEP> mm <SEP> ; <SEP> 18 <SEP> mm <SEP> : <SEP> 28 <SEP> mm. <SEP>
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Unter den gleichen Versuchsbedingungen verursacht ein Durchströmmengenregler mit Nadelventil eine Veränderung der Flammenhöhe zwischen 5 und 6 mm bei 100 C und zwischen 40 und 45 mm bei 350 C.
Die vorstehende Tabelle zeigt, dass die Flammenhöhe in annehmbaren Grenzen schwankt, ohne dass die Ausdehnungskoeffizienten des Polytetrafluoräthylens sowie der den Fussteil 3 und die Schraube 7 bildenden Werkstoffe zur Geltung kommen. Diese Ausdehnungskoeffizienten sind Ubrigens bei dem dritten der angegebenen Versuche praktisch gleich.
Bei einem Durchmesser von etwa d = 0,8 mm, der grösser als der früher angegebene Wert ist, werden die Ergebnisse zunächst unregelmässig, und bei weiterer Zunahme des Durchmessers d (d = 1 - 1, 5 mm) kehrt sich der Verlauf der Flammenhöhe um, weil diese dann bei einer Temperaturzunahme abnimmt.
Bei einer Dicke e, welche kleiner als der angegebene Wert ist, ist die Abdichtung zwischen der Schraube 7 und dem Fussteil 3 schwer herzustellen und die Fliesserscheinung reicht nicht aus, um den Durchmesser des Durchlasses 2 durch Druck auf einen genügend kleinen Wert zu bringen. Bei einer Dicke, die etwas grösser als der obige Wert ist (e = 2 mm), sind die erhaltenen Ergebnisse mit denen der Tabelle vergleichbar.
Bei Benutzung der Vorrichtung in einem Gasfeuerzeug kann die hohle Schraube 7 zweckmässig zur Unterbringung des üblichen Verschlussventils ausgenutzt werden.
Fig. 3 veranschaulicht ein Beispiel einer solchen Ventilanordnung, bei der innerhalb einer hohlen Schraube 7a eine Kammer 10 ausgebildet ist, welche durch einenKanal8a nach aussen mündet. In der
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Kammer ist eineDichtungspastille 11 angeordnet, welche sich unter der Einwirkung einer Feder 13 gegen einen ebenfalls an der Schraube 7a vorgesehenen Sitz 12 legen kann. Die Feder 13 kann entweder unmittelbar auf die Pastille 11 einwirken, wenn diese in mechanischer Hinsicht genügend widerstandsfähigist, oder auch, wie dargestellt, auf einen Halter 14, in welchem die Pastille 11 untergebracht ist. Ein Druk- ker 15 kann auf die Pastille 11 in der Öffnungsrichtung einwirken.
Die Oberfläche S wird zweckmässig durch die Unterseite einer Platte oder Lochscheibe 16 gebildet, welche mit der Schraube 7a ein Stück bilden oder durch Umbördelung des Randes 17 der Schraube 7a befestigt werden kann, nachdem die Pastille 11 (gegebenenfalls mit dem Halter 14), die Feder 13 und der Drücker 15 in die Kammer 10 eingeführt worden sind.
Der Aussendurchmesser der Fläche SZ'ist vorteilhafterweise kleiner als der Aussendurchmesser der Fläche S des Bodens eines z. B. in der Deckplatte eines Feuerzeuggasbehälters gasdicht montierten Fussteiles 3a, sodass der Werkstoff des Plättchens 1, welcher aus der Druckzone seitlich auch nach aussen zu fliessen sucht, in den freien Raum zwischen dem Fussteil 3a und der Schraube 7a gedrückt wird, und an der oberen Fläche des Plättchens an dessen Rand einen mit dem Bremskanal 2 koaxialen, durch Fliessverformung erzeugten Randwulst bildet, der das Plättchen an seinem Umfang radial nach aussen und axial nach oben abdichtet und dadurch z. B. einen Durchtritt von Gas durch die Gewindegänge 6a verhindert.
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elastischen Verformungen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Regelung der Strömungsmenge eines Gases, insbesondere für Gasfeuerzeuge, bei welcher das Gas drei unmittelbar aneinander anschliessende, koaxiale Kanäle kreisförmigen Querschnitts durchströmt, von denen zwei alsDurchflusskanäle dienen und unveränderbare Durchmesser haben, wogegen der dritte, zwischen den beidenDurchflusskanälen gelegene, als Bremskanal zur Regelung dient und axial durch ein aus elastisch verformbarem Werkstoff bestehendes Plättchen verläuft, das axial zwischen zwei ebenen, zueinander parallelen Druckflächen eingespannt ist, deren Innenränder durch die Öffnungen der beiden Durchflusskanäle gebildet sind, wobei der Durchgang des Bremskanals durch regelbares axiales ZusammendrückendesPlättchenszwischendenDruckflächenverengbarist, dadurchgekennzeichnet,
dass der Durchmesser (d, d) der Öffnungen der Durchflusskanäle (5,8) in den Druckflächen (S,S) gleich einem Vielfachen, vorzugsweise etwa dem Fünffachen, des Durchmessers (d) des Bremskanals (2) im Plättchen (1) in unzusammengedrücktem Zustand desselben ist.