DE3506612A1

DE3506612A1 - Pneumatische intervallschaltvorrichtung

Info

Publication number: DE3506612A1
Application number: DE19853506612
Authority: DE
Inventors: Wilhelm 4350 Recklinghausen Korsmeier
Original assignee: Ruhrgas AG
Current assignee: EOn Ruhrgas AG
Priority date: 1985-02-25
Filing date: 1985-02-25
Publication date: 1986-08-28
Also published as: ES552371A0; EP0193108B1; HUT43163A; EP0193108A3; DE3679216D1; ATE63630T1; EP0193108A2; ES8704615A1; HU195302B; IN167246B

Description

Beschreibung

55 Die Erfindung bezieht sich auf eine pneumatische Intervallschaltvorrichtung, insbesondere zur Verwendung in einem Koch- oder Heizgerät, bei der in einem Gehäuse ein Gaseinlaß und ein Gasauslaß, ein in deren Verbindungsweg angeordnetes Ventil mit einem einen Ventildurchlaß verschließenden Schließbauteil, das von zwei magnetisch zusammenwirkenden Bauteilen auf einem Ventilsitz gehalten wird und entlang einer Bewegungsachse von dem Ventilsitz abhebbar ist, und eine in Richtung der Bewegungsachse auslenkbare, den Innenraum des Gehäuses in zwei Kammern unterteilende Membran vorgesehen sind, wobei die erste Gehäusekammer mit dem Gaseinlaß und die zweite Gehäusekammer über einen Druckausgleichskanal mit dem Gasauslaß verbunden ist.

Eine solche Intervallschaltvorrichtung ist in der Patentanmeldung P 33 30 318.5 (Hauptanmeldung) beschrieben und dient als Taktgeber beim Intervallbetrieb

65

von Gasbrennern in Koch- und Heizgeräten. Anders als bekannte elektromechanische Taktgeber kommt die

(eingangs genannte pneumatische Intervallschaltvorrichtung ohne Fremdenergie aus und leitet ihre Schaltbewegungen aus dem Mediendruck ab. Diese pneumatischen Intervallschaltvorrichtungen zeichnen sich durch zuverlässige und praktisch wartungsfreie Betriebsweise aus und ermöglichen eine einfache Einstellung des Schalttakts, d.h. der Aus- und Einschaltzeiten beispielsweise durch einfache Verstellung einer Federvorspannung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ohne Fremdenergie auskommende pneumatische Intervallschaltvorrichtung der eingangs genannten Art hinsichtlich ihrer Schaltcharakteristik zu verbessern und eine besonders einfache und kompakte Bauform zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße dadurch gelöst, daß das eine der magnetisch zusammenwirkenden Bauteile lagefest mit dem stationären Ventilsitz und das andere bewegungsfest mit dem Schließbauteil verbunden ist, daß der Druckausgleichskanal von der dem Ventildurchlaß zugewandten Seiten aus durch das Schließbauteil in die zweite Gehäusekammer verläuft, daß eine Mitnahmevorrichtung zum Abheben des Schließbauteils von dem Ventilsitz derart mit der Membran bewegungsgekoppelt ist, daß sie erst nach einem vorgegebenen Bewegungshub der Membran das Schließbauteil von dessen Ventilsitz abhebt, und daß eine Feder zwi-. sehen Membran und Schließbauteil wirksam ist, die von

L dem anfänglichen Bewegungshub der Membran gespannt wird und sich nach Abheben des Schließbauteils unter sprunghafter Verstärkung der Öffnungsbewegung des Schließbauteils entspannt. Diese erfindungsgemäße Intervallschaltvorrichtung benötigt nur noch zwei Gehäuseteile, von denen das eine zusammen mit der Membran die erste Gehäusekammer und das andere, ebenfalls zusammen mit der Membran, die zweite Gehäusekammer begrenzt. Das Schließbauteil ist bei der Erfindung an der Feder hängend und ohne sonstige Seitenführung angeordnet, so daß die Vorrichtung in einem kompakten und einfachen Gehäuse untergebracht werden kann. Da das Schließbauteil in jeder Endstellung durch definierte Kräfte gehalten wird und auch die Schaltfunktionen durch pneumatische und/oder mechanische (Federn) Kräfte ausgeführt werden, ist die erfindungsgemäße Intervallschaltvorrichtung an keine bestimmte Einbaulage gebunden, also lageunabhängig wirksam. Vor allem aber hat die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung den Vorteil, daß sie für eine schlagartige volle Öffnung des Ventildurchlasses unmittelbar nach dem Beginn des Abhebens des Verschlußbauteils nach Wirksamwerden der Mitnahmevorrichtung sorgt. Diese extrem steile Vorderflanke des Einschalt- bzw. Brandintervalls des Schalttaktes ist vor allem bei sogenannten überstöchiometrisch vormischenden Gasbrennern, insbesondere Injektorbrennern von Vorteil. Bei solchen Brennern ist es wichtig, daß die Vormischkammer vor dem Flammenträger auch im Intervallbetrieb mit einem im richtigen Mischungsverhältnis stehenden Gemisch von Gas und Verbrennungsluft gefüllt ist, damit die Luftzahl des Brenners im Intervallbetrieb möglichst nahe der optimalen Luftzahl im Dauerbetrieb ■μ kommt.

* Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung

~J ist dadurch gekennzeichnet, daß das Schließbauteil ei-

₄v nen wenigstens teilweise aus magnetisierbarem oder

magnetischem Material bestehenden Ventilteller und einen mit diesem fest verbundenen, in der zweiten Gehäusekammer endenden Schaft aufweist, durch den der Druckausgleichskanal koaxial verläuft. Der Schaft ist dabei durch eine zentrale Öffnung der Membran durchgeführt und im Bereich seines äußeren Endes mit einem Ende der Feder fest verbunden. Vorzugsweise ist die Feder ein das Schließbauteil umgebender gasdichter Gummibalg, der einerseits mit dem Schließbauteil und andererseits mit der Membran verbunden ist. Diese Integration der Feder in dem Gummibalg vereinfacht die bauliche Ausführung und macht eine zusätzliche Feder, beispielsweise eine Schraubenfeder zur sprunghaften Beschleunigung der Öffnungsbewegung des Schließbauteils überflüssig. Außerdem werden Leckverluste zwischen den beiden Gehäusekammern entlang des Ventilschaftes vermieden.

Der Ventilteller ist über den Schaft am Balg hängend angebracht. Beim Schließen des Ventildurchlasses reicht die einseitige Zentrierung des Schließbauteils am Balg aus; die Anziehungskraft des vorzugsweise im Ventildurchlaß selbst angeordneten Dauermagneten sorgt für eine zuverlässige Anlage des Ventiltellers auf dem Ventilsitz.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Druckausgleichskanal ein Kapillarrohr angeordnet, dessen Öffnungsquerschnitt und Länge den Strömungswiderstand des Druckausgleichskanals bestimmen und die Schaltzeitkonstante der Intervallschaltvorrichtung beeinflussen. Zur Änderung der Schaltzeitkonstanten verwendet man vorzugsweise ein Kapillarrohr einer entsprechend geänderten Länge. Eine Änderung des Drosselquerschnitts zur Änderung des Strömungswiderstandes ist unterhalb eines bestimmten Öffnungsquerschnitts wegen der Gefahr einer Düsen-Verstopfung problematisch. Grundsätzlich läßt sich aber auch anstelle des Kapillarrohrs eine einstellbare Drossel im Druckausgleichssignal verwenden.

Der Ventildurchlaß hat vorzugsweise eine koaxial zur Bewegungsachse des Schließbauteils verlaufende, zum Ventilsitz konzentrische Bohrung, in der ein Dauermagnet fest eingebaut ist. Der Dauermagnet ist zwischen Polschuhen angeordnet, deren dem Schließbauteil zugewandten Enden über die Stirnfläche des Dauermagneten vorstehen. Die Bohrung hat dabei im Bereich der vorstehenden Enden der beiden Polschuhe eine mit dem Gasauslaß kommunizierende Ringnut. Diese Weiterbildung der Erfindung hat den Vorteil, daß die aus Dauermagnet und Polschuhen bestehende Kombination in beliebiger Einbaulage in der Bohrung befestigt werden kann, ohne den Verbindungsweg zum Gasauslaß ganz oder teilweise zu verschließen. In jedem Falle sorgt die Ringnut für einen ungehinderten Gasdurchtritt zum Gehäuseauslaß.

Vorzugsweise ist die Membran durch eine gegen das Gehäuse abgestützte Druckfeder in die der Schließstellung des Schließbauteils entsprechende Endstellung vorgespannt. Diese Druckfeder drängt die Membran in die der Schließstellung des Schließbauteils entsprechende Position und sorgt daher für ein einwandfreies, zuverlässiges Schließen des Ventils. Ohne diese Feder müßte die Membran in Abhängigkeit von der wirksamen Magnetkraft genau positioniert werden. Insofern reduziert die Druckfeder den Installations- und Wartungsaufwand.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Ausführungsbei-

5 6

spiel der pneumatischen Intervallschaltvorrichtung ge- gekoppelt. Nach Ausführen eines vorgegebenen Bewe- *

maß der Erfindung gungshubes der Membran 4 bzw. des auslenkbaren Teils

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil des Gehäuses 40 stößt die Hülse 26 mit ihrer oberen Stirnfläche gegen t-

entlang der Schnittlinie H-II in Fig. 1; und einen mit dem Schaft 23 fest verbundenen Anschlag 27 |

Fig. 3 eine vergrößerte Seitenansicht der Magnet/ 5 und nimmt über den Anschlag 27 das gesamte Schließ-

Polschuh-Kombination, wie sie in Flg. 2 in Schnittan- bauteil in Richtung der Gehäuseachse 14 mit. Dabei

sieht dargestellt ist. wird die den Ventilteller 11 auf der Sitzfläche 12 halten-

Die in Fig. 1 in Schnittansicht gezeigte Intervall- de Magnetkraft überwunden.

schaltvorrichtung weist ein Gehäuse 1 mit zwei Gehäu- Der Balg 24 ist als federndes Bauteil ausgebildet und

seschalen 2 und 3 auf. Eine zwischen den beiden Gehäu- io wirkt bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei-

seschalen 2 und 3 eingespannte Gummimembran 4 un- spiel als Druckfeder, die sich bei Zusammendrücken in

terteilt den etwa zylindrischen Innenraum des Gehäuses Richtung der Gehäuseachse 14 auflädt und bei Abrei-

1 in eine erste Gehäusekammer 5 und eine zweite Ge- ßen des Ventiltellers 11 von der Sitzfläche 12 sprungar-

häusekammer 6. In der unteren Gehäuseschale 2 sind tig unter Ausdehnung entlädt. Diese Federfunktion des

ein Gaseinlaß 7, ein Gasauslaß 8, Verbindungkanäle 9 15 Balges 24 führt zu einer schlagartigen öffnungsbewe-

und 10 und die stationären Komponenten eines im Ver- gung des Ventiltellers 11, sobald die Hülse 26 an dem

bindungsweg zwischen Gaseinlaß und Gasauslaß ange- Anschlag 27 zur Anlage kommt,

ordneten Ventils ausgebildet. In eine Gehäusebohrung 30 ist eine Stellschraube 31

Das Ventil hat einen als Schließbauteil dienenden eingeschraubt, an der sich eine den Teil 40 der Membran

Ventilteller 11, der in der in Fig. 1 dargestellten Schließ- 20 4 in die in Fig. 1 dargestellte Endposition drängende

stellung des Ventils auf einem mit einer Dichtung verse- Druckfeder 32 abstützt. Durch Verdrehen der Schraube

henen Ventilsitz 12 in Anlage steht und einen Ventil- 31 können die Vorspannung der Feder 32 und damit die

durchlaß 13 zwischen der ersten Gehäusekammer 5 und Auslenkcharakteristik der Membran 4 und die Schalt-

dem Gasauslaß 8 abschließt. Der Ventildurchlaß 13 geht zeitkonstante der Intervallschaltvorrichtung geändert

über in eine zur Gehäuseachse 14 koaxiale Sackboh- 25 werden.

rung 15. In letzterer ist ein Dauermagnetpaket, beste- Die Funktionsweise der zuvor beschriebenen Inter-

hend aus einem Dauermagneten 20 und Polschuhen 21 vallschaltvorrichtung ist wie folgt:

(Fig. 3) befestigt. Die Polschuhe 21 stehen an dem dem In drucklosem Zustand des Gaseinlasses 7 und damit

Ventilteller 11 benachbarten Ende über den Dauerma- der ersten Gehäusekammer 5 ist auch die auf der ande- ""

gneten 20 vor. An dem dem Ventilteller benachbarten 30 ren Seite der Membran 4 angeordnete zweite Gehäuse- .;"

Ende der Sackbohrung 15 ist eine Ringnut 16 ausgebil- kammer 6 drucklos, und die Membran 4 befindet sich in Jr

det, die bei geöffnetem Ventil einen ungehinderten Gas- der in Fig. 1 dargestellten Endposition, bei der der Ven-

durchtritt vom Gaseinlaß 7 über den Verbindungskanal tilteller 11 von der Magnetkombination 20, 21 auf der

9, die erste Gehäusekammer 5, den Ventildurchlaß 13 Sitzfläche 12 gehalten wird. Bei Druckbeaufschlagung

zum Verbindungskanal 10 des Gasauslasses 8 gewähr- 35 der ersten Gehäusekammer 5 über den Gaseinlaß 7

leistet, und zwar unabhängig von der Einbaulage der wird die Membran 4 bzw. der Teil 40 in Richtung der

Magnetkombination 20,21. oberen, zweiten Gehäusekammer 6 ausgelenkt. Die mit

Der Ventilteller 11 besteht bei dem beschriebenen dem Teil 40 bewegungsgekoppelte starre Hülse 26 nä-

Ausführungsbeispiel zunmindest teilweise aus magneti- hert sich dem Anschlag 27. Dabei bleibt der Ventilteller

sierbarem Material und wird daher in der dargestellten 40 11 unter Einfluß des Magneten 20,21 fest auf der Sitzflä-

Schließstellung vom Dauermagneten 20 an den Ventil- ehe 12, und der Federbalg 24 wird entsprechend zusam-

sitz 12 angezogen. In alternativer Ausführung könnte im mengedrückt. Sobald die obere Stirnfläche der Hülse 26

Ventilteller bzw. im Schließbauteil 11 auch ein Ringma- gegen den Anschlag 27 trifft, wird der gesamte Schließ-

gnet eingebaut sein, der entweder mit einem entspre- bauteil 11,23 in Richtung der Gehäuseachse 14 angeho-

chenden Gegenpol eines dem Ventilsitz zugeordneten 45 ben und der Ventilteller 11 von der Sitzfläche abgeho-

Magneten oder mit einem magnetisierbaren Bauteil des ben. In diesem Augenblick wird die dem Balg 24 zuge-

Ventilsitzes magnetisch zusammenwirkt. ordnete, zuvor aufgeladene Feder frei und entspannt

Der Ventilteller 11 ist in hängender Anordnung über sich unter sprungartiger Beschleunigung der öffnungs-

einen starren Schaft 23 mit einem Ende eines gasdichten bewegung des Ventiltellers 11. Der Ventildurchlaß 13

Gummibalgs 24 verbunden. Das andere Ende des dem 50 wird daher ruckartig vollständig freigegeben, und das

Schaft übergestülpten Gummibalgs 24 ist gasdicht mit Gas kann vom Gaseinlaß 7 zum Gasauslaß 8 strömen.

der Membran 4 verbunden. Ein Druckausgleichskanal Der Druck in der ersten Gehäusekammer 5 kann sich

25 verläuft konzentrisch zur Gehäuseachse 14 durch bei geöffnetem Ventil über den Druckausgleichskanal

den gesamten Schließbauteilschaft 23 und verbindet den 25 zur zweiten Gehäusekammer 6 hin ausgleichen. Der

zum Gasauslaß 8 offenen Ventildurchlaß 13 mit der 55 durch das Kapillarrohr 28 gebildete Strömungswider-

zweiten Gehäusekammer 6. In dem als Durchgangsboh- stand bestimmt die Zeit bis zum vollständigen Druck-

rung ausgebildeten Druckausgleichskanal 25 ist ein Ka- ausgleich zwischen den Kammern 5 und 6. Sobald der

pillarrohr 28 fest eingebaut, dessen Länge und Quer- Druckausgleich hergestellt ist, wird der bewegliche Teil

schnitt den Strömungswiderstand des Druckausgleichs- 40 der Membran 4 von der Druckfeder 32 wieder in die

kanals bestimmen und, wie nachfolgend bei der Funk- 60 in Fig. 1 dargestellte Endposition zurückgestellt. Der

tionsbeschreibung erläutert werden wird, die Schaltzeit- Druck der zweiten Gehäusekammer 6 baut sich jetzt

konstante maßgeblich beeinflussen. rückläufig über den Druckausgleichskanal 25 und den

Das aus Ventilteller 11 und Schaft 23 bestehende Gasauslaß 8 ab. Danach beginnt ein neuer Schaltzyklus,

Schließbauteil ist entlang der Gehäuseachse 18 zum öff- bedingt durch den Druckunterschied zwischen der er-

nen und Schließen des Ventils verschiebbar. Auf dem 65 sten Gehäusekammer 5 auf der einen Membranseite

Schaft 23 ist eine starre Hülse 26 aus Kunststoff oder und der zweiten Gehäusekammer 6 auf der anderen

Metall verschiebbar gelagert. Diese Hülse 26 ist mit Membranseite.

dem auslenkbaren Teil 40 der Membran 4 bewegungs- Der Federbalg 24 kann in Abwandlung des zuvor

* beschriebenen Ausführungsbeispiels auch als Schraubenfeder ausgebildet sein. Dabei muß für einen ausrei-
t chend gasdichten Abschluß zwischen dem Schaft 23 des

Schließbauteils und der mit der Membran 4,40 verbundenen Hülse 26 gesorgt werden.

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Claims

Patentansprüche

1. Pneumatische Intervallschaltvorrichtung, insbesondere zur Verwendung in einem Koch- oder Heizgerät, bei der in einem Gehäuse ein Gaseinlaß und ein Gasauslaß, ein in deren Verbindungsweg angeordnetes Ventil mit einem einen Ventildurchlaß verschließenden Schließbauteil, das von zwei magnetisch zusammenwirkenden Bauteilen auf einem Ventilsitz gehalten wird und entlang einer Bewegungsachse von dem Ventilsitz abhebbar ist, und eine in Richtung der Bewegungsachse auslenkbare, den Innenraum des Gehäuses in zwei Kammern unterteilende Membran vorgesehen sind, wobei die erste Gehäusekammer mit dem Gaseinlaß und die zweite Gehäusekammer über einen Druckausgleichskanal mit dem Gasauslaß verbunden ist, da durch gekennzeichnet, daß das eine (20, 21) der magnetisch zusammenwirkenden Bauteile lagefest mit dem stationären Ventilsitz (12) und das andere bewegungsfest mit dem Schließbauteil (11,23) verbunden ist, daß der Druckausgleichskanal (25) von der dem Ventildurchlaß (13) zugewandten Seite aus durch das Schließbauteil (11, 23) in die zweite Gehäusekammer (6) verläuft, daß eine Mitnahmevorrichtung (26, 27) zum Abheben des Schließbauteils (11,23) von dem Ventilsitz (12) derart mit der Membran (4) bewegungsgekoppelt ist, daß sie (26, 27) erst nach einem vorgegebenen Bewegungshub der Membran das Schließbauteil von dessen Ventilsitz (12) abhebt, und daß eine Feder (24) zwischen Membran (4, 40) und Schließbauteil (11, 23) wirksam ist, die von dem anfänglichen Bewegungshub der Membran gespannt wird und sich nach Abheben des Schließbauteils (11,23) unter sprunghafter Verstärkung der Öffnungsbewegung des Schließbauteils entspannt.

2. Intervallschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließbauteil einen wenigstens teilweise aus magnetisierbarem oder magnetischem Material bestehenden Ventilteller (11) und einen mit diesem fest verbundenen, in der zweiten Gehäusekammer (6) endenden Schaft (23) aufweist, durch den der Druckausgleichskanal (23) koaxial verläuft, daß der Schaft (23) durch eine zentrale Öffnung der Membran (4, 40) durchgeführt und im Bereich seines äußeren Endes mit einem Ende der Feder (24) fest verbunden ist.

3. Intervallschaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Richtung der Bewegungsachse (14) dehnbarer, gasdichter Balg (24) einerseits mit dem Schließbauteil (11, 23) und andererseits mit der Membran (4,40) verbunden ist.

4. Intervallschaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg ein das Schließbauteil (23) umgebender Gummibalg (24) ist, dessen Wand die zwischen Membran (4,40) und Schließbauteil (11,23) wirksame Feder bildet.

5. Intervallschaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (11) über den Schaft (23) am Balg (24) hängend angebracht ist.

6. Intervallschaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckausgleichskanal (25) ein Kapillarrohr (28) angeordnet ist, dessen Öffnungsquerschnitt und Länge den Strömungswiderstand des Druckausgleichskanals bestimmen und die Schaltzeitkonstante der Intervallschaltvorrichtung beeinflussen.

7. Intervallschaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckausgleichskanal (25) eine dessen Strömungswiderstand bestimmende einstellbare Drossel angeordnet ist.

8. Intervallschaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnahmevorrichtung einen auf dem Schaft (23) des Schließbauteils verschiebbare, mit der Membran (4,40) bewegungsgekoppelte Hülse (26) und einen in der Bewegungsbahn der Hülse angeordneten, mit dem Schaft fest verbundenen Anschlag (27) aufweist.

9. Intervallschaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventildurchlaß (13) eine koaxial zur Bewegungsachse (14) verlaufende, zum Ventilsitz (12) konzentrische Bohrung (15) aufweist, in der ein Dauermagnet (20) fest eingebaut ist.

10. Intervallschaltvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (20) zwischen zwei Polschuhen (21) angeordnet ist, deren dem Schließbauteil zugewandten Enden über die Stirnfläche des Dauermagneten vorstehen, und daß die Bohrung (15) im Bereich der vorstehenden Enden der beiden Polschuhe (21) eine mit dem Gasauslaß (8) kommunizierende Ringnut (16) aufweist.

11. Intervallschaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) durch eine gegen das Gehäuse (1) abgestützte Druckfeder (32) in die der Schließstellung des Schließbauteils (11, 23) entsprechende Endstellung vorgespannt ist.

12. Intervallschaltvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (32) an einer koaxial oder parallel in das Gehäuse (1) gasdicht eingeschraubten Stellschraube (31) abgestützt ist und daß die auf der Membran (4,40) wirksame Federkraft durch Änderung der Schraubstellung der Stellschraube in Richtung der Bewegungsachse (14) des Schließbauteils (11,23) änderbar ist.

13. Intervallschaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) aus zwei Gehäuseschalen (2,3) besteht, zwischen denen die Membran (4, 40) eingespannt ist.