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Pneumatischer Zeitschalter Die Erfindung betrifft einen pneumatischen
Zeitschalter mit einer flachen Membran, die in die Vertiefung des Mernbranträgers
gedrückt ist, wobei beim Abziehen der Membran vom Membranträger zwischen diesem
und der Membran ein Unterdruck erzeugt wird, der zur Erreichung der gewünschten
Zeitverzögerung durch Ventil bzw. Düse ausgeglichen wird und die Rückstellung der
Membran nach durchlaufenem Verzögerungshub in die Ausgangslage unverzögert erfolgt,
indem ein zweites federbelastetes Ventil gegen Ende des Verzögerungshubes geöffnet,
während des Rückstellhubes offen bleibt und gegen Ende desselben geschlossen wird.
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In der Regel sind bei pneumatischen Zeitschaltern Luftkammern mit
veränderlichen Volumen vorgesehen. Der infolge Betätigung des Zeitschalters entstehende
Unterdruck in der Luftkammer wird zwecks Zeiteinstellung von einem verstellbaren
Ventil verschieden schnell dem atmosphärischen Druck angepaßt. So ist beispielsweise
ein pneumatischer Zeitschalter, der aus einem Faltenbalg besteht, bekanntgeworden.
Der Faltenbalg wird einmal durch ein Saugventil, zum anderen durch ein stellbares
Drosselventil abgeschlossen. Das Saugventil hat dabei die Aufgabe, kurz vor Ende
des Verzögerungshubes raschen Druckausgleich herbeizuführenn, um schleichende Betätigung
der Kontakteinrichtung zu vermeiden. Gegen Ende des Verzögerungshubes läuft der
Ventilstößel des Saugventils, das durch eine Feder belastet ist, auf einen festen
Anschlag im Gehäuse auf und öffnet das Saugventil.
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Nachteilig bei diesem pneumatischen Zeitschalter ist aber, daß der
Rückstellhub die gleiche Charakteristik wie der Verzögerungshub zeigt. Es dauert
also unter Umständen eine erhebliche Zeit, bis ein so ausgeführter Zeitschalter
wieder betriebsbereit ist. Außerdem nimmt der Kraftüberschuß des Antriebssystems
infolge der Saugventilöffnung gegen Ende des Verzögerungshubes ab. Die Folge davon
ist die überdimensionierung des Antriebssystems, das die Kraft zur öffnung des Saugventils
mit aufbringen muß.
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Es ist auch ein pneumatischer Zeitschalter bekanntgeworden mit Membran,
die von einem Meinbrankörper abgezogen wird und bei dem die Meinbran nach dem Verzögerungshub
unverzögert in die Ausgangslage zurückgeht. Mit einem Schaltgestänge wird während
des Rückstellhubes ein Ventil geöffnet. Der Verzögerungshub verläuft in gleicher
Weise wie oben beschrieben. Der Nachteil dieses pneumatischen Gliedes ist ebenfalls
in der notwendigen überdimensionierung des Antriebssytems zu erblicken. Ein weiterer
bekannter pneumatischer Zeitschalter arbeitet mit vorgeformter Membran gegen eine
ebene Fläche bzw. mit flacher Membran gegen eine Vertiefung iin Membrankörper. Im
ersten Fall ist es notwendig, zusätzliche Kosten aufzuwenden zur Herstellung einer
vorgeformten Membran. Im zweiten Fall ist es erforderlich, während des Rückstellhubes
eine zusätzliche Kraft aufzuwenden, um die Meinbran in die Vertiefung zu drücken.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Mängel
der bekannten pneumatischen Zeitschalter zu beheben und ein pneumatisches Glied
mit flacher Membran zu schaffen, das bei kleiner Dimensionierung über den gesamten
Verzögerungshub eine annähernd konstante Betätigungskraft erfordert und dabei gegen
Ende des Verzögerungshubes schlagartig durchrastet und das Kontaktsystem schnell
betätigt. Die Rückstellung der Membran erfolgt dabei unverzögert. Ein wesentlicher
Vorteil soll sein, daß bei unterbrochenem Verzögerungshub trotzdem die unverzögerte
Rückstellung der Membran in die Ausgangsstellung möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem pneumatischen Zeitschalter
eingangs beschriebener Art dadurch gelöst, daß in einer Ausnehmung des Membrankörpers
ein hohlgebohrter Ventilkörper mit stiftartigem Fortsatz an seinem geschlossenen
Ende angeordnet ist, welcher eine den Membranträger durchsetzende Bohrung durchdringt
und an seinem freien Ende von einer vorgespannten Schnappfeder gefangen wird, die
den Ventilkörper gegen den Ventilsitz im Membranträger drückt, wobei in den Hohlraum
des Ventilkörpers ein an der Membran zentrisch befestigter Stößel mit seinem Kopf
ragt, während das andere Ende des Stößels mit
einer vorgespannten,
die Kontaktbrücke tragenden Blattfeder zusammenwirkt.
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Das offene Ende des Ventilkörpers ist durch eine Mutter verschlossen,
durch deren Bohrung der Stößel tritt. Infolge eines angefonnten Kopfes am Stößel,
der sich am Innenraum des Ventilkörpers befindet, hält der Stößel den Ventilkörper
formschlüssig in der Ausgangslage. Das andere Ende des Membranstößels betätigt eine
an sich bekannte Kontakteinrichtung. Die mit dem stiftartigen Fortsatz des Ventilkörpers
verbundene vorgespannte Schnappfeder ist vorzugsweise eine Blattfeder, die als Widerlager
eine zweite Blattfeder, deren Einspannebene senkrecht auf der ersteren steht und
einen Bolzen hat. Die beiden Federn stellen eine Ventilfederkombination dar. Diese
und die Federkombination des Kontaktsystems arbeiten in an sich bekannter Weise
so, daß die vorgespannte Blattfeder nur bis zum Durchlaufen des Totpunktes einen
Kraftaufwand zur Betätigung erfordert und danach selbsttätig die vorgeschriebene
Endstellung einnimmt.
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Die Kontakteinrichtung ist so wie die Ventilfederkombination gestaltet,
wobei die Schnappfeder die Kontaktbrücke trägt.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu erblicken,
daß die Kräfte der Ventilfederkombination und des Kontaktsystems über den Membranhub
gestaffelt sind, so daß ein Minimum an Betätigungskraft benötigt wird. Ein weiterer
Vorteil des Erfindungsgegenstandes besteht in der Zwischenschaltung eines elastischen
Gliedes, beispielsweise einer Druckfeder zwischen dem an der Membran befestigten
Stößel und dem Ventilkörper, womit erreicht wird, daß bei verschiedenen Vorspannungen
der Ventilfederkombination der Zeitpunkt der Ventilöffnung und dadurch die Verzögerungszeit
eingestellt werden kann. Als Drosselventil wird hier eine konstruktiv einfache Düse
konstanten Querschnitts verwendet. Vorteilhaft ist auch, daß das pneumatische Glied
eine fiache Membran aus handelsüblichem Plattengummi besitzt. Damit die Meinbran
selbsttätig in ihre Ausgangslage zurückkehrt, wird sie von einem Druckring über
eine Ringwulst gedrückt. Diese Ringwulst ist am Auslauf der Vertiefung, die sich
im Membranträger befindet, angeordnet. Die Vertiefung hat dabei die Form, die die
Membran infolge Spannens über die Ringwalst durch den Druckring von selbst annimmt.
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Sollte der Verzögerungshub unterbrochen werden, wird durch das Antriebselement,
beispielsweise den Anker eines Elektromagneten ein Stößel gegen das freie Ende der
Blattfeder gestoßen, welche über das bolzenfönnige Widerlager hinausragt und zu
der Blattfederkombination gehört, die mit dem stiftartigen Fortsatz des Ventilkörpers
verbunden ist. Dadurch wird das Ventil geöffnet. Die unverzögerte Rückführung der
Membran in die Ausgangsstellung ist damit aus jeder Stellung, die während des Verzögerungshubes
eintreten kann, gewährleistet.
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An Hand eines Ausführungsbeispiels soll der Erfindungsgegenstand näher
erläutert werden. Es zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch den pneumatischen Zeitschalter,
F i g. 2 die Ventilfederkombination, F i g. 3 die Federkombination
des Kontaktsystems, F i g. 4 ein Kraft-Weg-Diagramm der Ventilfederkombination
und der Federkombination des Kontaktsystems, Fig. 5 einen Ventilkörper mit
elastischem Zwischenglied bei Verwendung einer konstanten Düse, Fig. 6 ein
Kraft-Weg-Diagramm des elastischen Gliedes bei Verwendung einer konstanten Düse.
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In dem Mernbranträger 1 ist in der Ausnehmung 2 ein Ventilkörper
3 eingebracht. Der Ventilkörper 3
ist hohl gebohrt. Sein geschlossenes
Ende 4 trägt einen stiftförmigen Fortsatz 5, der eine den Meinbranträger
1 durchsetzende Bohrung 6 durchdringt. Dieser stiftartige Fortsatz
5 steht mit einer Blattfeder 7 in formschlüssiger Verbindung. Die
Blattfeder 7 wirkt mit einer zweiten Blattfeder 8 zusammen, deren
Einspannebene senkrecht auf der ersteren steht. Die Blattfeder 7 hat folglich
die Blattfeder 8
als Widerlager. Das andere Widerlager ist der Bolzen
9. Die Blattfeder 7 ist über den Bolzen 9 hinaus verlängert.
Eine Ringkerbe 10 im Bolzen 9 gibt der Blattfeder 7 den notwendigen
Halt. Gemäß der F i g. 2 stellen diese beiden Blattfedern eine Federkombination
dar, die mit Hilfe der Stellschraube 11
verschieden vorgespannt werden kann.
In den Hohlraum 12 des Ventilkörpers 3 ragt der Stößel 14 mit seinem Kopf
24. Der Stößel 14 ist zentrisch mit der Membran 15 verbunden und durchdringt
diese. Das freie Ende des Stößels 14 dient zur Betätigung des Kontaktsystems
16 und als Angriffspunkt für die Be, tätigungskraft, die von einem nicht
näher bezeichneten Betätigungsglied aufgebracht wird. Die Betätigungskraft ist durch
einen Pfeil versinnbildlicht. Wie F i g. 3 zeigt, ist das Kontaktsystem
16 wie die Ventilfederkombination gestaltet und hat folglich die gleiche
Kraft-Weg-Charakteristik. Die Blattfeder 25
des Kontaktsystems 16 trägt
die Kontaktbrücke 26,
die mit den Kontaktstücken 30 und 31 zusammenwirkt.
Der Ventilkörper 3 drückt unter Beilage einer Dichtung 17 gegen den
Ventilsitz 27, infolge der durch die Ventilfederkombination aufgebrachten
Federkraft. Eine Ringmutter 28 schließt den Hohlraum 12 des Ventilkörpers
3 ab. Dabei wird die Ringinutter 28 vom Stößel 14 durchdrungen, der
infolge seines Kopfes 24 den Hohlraum 12 des Ventilkörpers 3 nicht
- verlassen kann. Die Membran 15
wird mit einem Druckring 20 gegen
den Membranträger 1 gedrückt. Am Auslauf einer kreisrunden Vertiefung
19 ist eine Ringwulst 18 angeordnet, über die die Membran
1.5 gezogen wird. Die Membran 15
wird dadurch in die dargestellte Form
gezwungen und erzeugt mithin eine Rückstellkraft, wenn die Membran 15 von
dieser Vertiefung 19 abgezogen ist. Geformt ist die Vertiefung
19 so, wie sie die Meinbran 15 zwangläufig vorgibt.
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Der beim Abziehen der Membran 15 von der Vertiefung
19 erzeugte Unterdruck findet seinen Ausgleich durch ein an sich bekanntes
stellbares Ventil 21. Je nach eingestelltem Strömungsquerschnitt geschieht der Ausgleich
in verschiedenen Zeiten.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen pneumatischen Zeitschalters
ist folgende: Infolge Wirkens der Betätigungskraft am Stößel 14 in Pfeilrichtung
wird die Membran 15 von der Vertiefung 19 abgezogen. Die Folge ist
ein Unterdruck im Raum zwischen Vertiefung und Membran. Während dieses Vorganges
bleibt der Ventilkörper 3 vorläufig in Ruhe, weil dem Stößel 14 im Hohlraum
12 des Ventilkörpers 3 bis zum Anschlagen seines Kopfes 24 an die Ringmutter
28 Gelegenheit gegeben wird, sich mit der Membran 15 verzögert nach
unten zu bewegen. Wie schon erwähnt, wird sich der Stößel
14
je nach eingestelltem Strömungsquerschnitt am Ventil 21 verschieden schnell
bewegen. Läuft nun der Kopf 24 des Stößels 14 auf die Ringmutter 28
auf, löst
sich der Ventilkörper 3 samt Dichtung 17
vom Ventilsitz 27 und
gleicht den Unterdruck im Membranträger 1 aus. Dabei wird die Ventilfederkombination
durchgezogen und anschließend das Kontaktsystem 16 ebenfalls schlagartig
betätigt. Das Kraft-Weg-Diagramm, dargestellt in F i g. 4, zeigt deutlich,
wie die Betätigung der Ventilfederkombination und die des Kontaktsystems
16 gestaffelt ist. Durch diese Staffelung und den Schnappmechanis-Mus der
Federkombination ist es gelungen, die Gegenkräfte gegen Ende des Verzögerungshubes
klein zu halten. F i g. 5 zeigt die Anordnung eines elastischen Gliedes im
Ventilkörper bei Anwendung einer konstanten Düse. An Stelle der stellbaren Düse
21 kann nämlich auch eine konstante Düse verwendet werden. In diesem Falle ist zwischen
Stößel 14 und Ventilkörper 3 eine Druckfeder 13 angeordnet. Beim Abziehen
der Membran 15 wird die Druckfeder 13
im Ventilkörper gespannt. überwiegt
die Federkraft der Druckfeder 13 die der Ventilfederkombination, läuft oben
beschriebener Vorgang ab. Die Verzögerungszeit wird durch die Vorspannung der Ventilfederkombination
beeinflußt. Die Verzögerungszeit ist bei dieser Anordnung vom Weg des Stößels 14
abhängig, wohingegen die Verzögerungszeit mit stellbarer Düse 21 stets bei gleichem
Hub des Stößels 14 beendet ist. Das Diagramm F i g. 6 zeigt die Wegabhängigkeit
der Verzögerungszeit. Die Kraft, die die Federkombination erzeugt, ist mit F bezeichnet
und in F i g. 5 durch einen Pfeil versinnbildlicht. In dem Bereich F.", bis
F."., sind die verschiedenen Verzögerungszeiten enthalten, je nach Einstellung
der Federkraft F zwischen den Grenzen F"1" bis F.",. Mit »S« ist der Weg
des Stößels 14 bezeichnet.
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Die Rückstellung der Membran 15 in die Ausgangslage erfolgt
unverzögert, weil das Ventil 27
noch offen ist und erst am Ende des Rückstellhubes
vom Stößel 14 zugestoßen wird. Sollte der Verzögerungshub aus irgendwelchen Gründen
unterbrochen werden, zu einer Zeit, da der Ventilkörper 3 sich noch nicht
vom Ventilsatz 27 gelöst hat, ist unverzögerte Rückstellung der Membran
15 trotzdem möglich, weil der Stößel 22, der beispielsweise vom Anker des
nicht näher bezeichneten Betätigungselementes angestoßen wird, über das freie Ende
29 der Blattfeder 7 das Ventil öffnet, das am Ende des Rückstellhubes
wie oben beschrieben geschlossen wird.