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Membrangesteuerter Druckregler Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen
mit druckverdichteten oder druckverflüssigtenBrenngasen werden diese mit-der zur
Verbrennung erforderlichen Luft meistens in drucklosem Zustande zusammengebracht
und gemeinsam mit dieser Luft von der Maschine angesaugt.
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Zur Erzielung einer wirtschaftlichen Ausnutzung der Brenngase wird
ein über den ganzen Drehzahl- und Belastungsbereich der Maschine gleichmäßiges Brenngas-Luft-Gemisch
angestrebt. Ein gleichmäßiges Gasgemisch im Mischkörper zu erzeugen gelingt um so
genauer, je besser man den Druck des Brenngases dem Druck der einströmenden Verbrennungsluft
angleicht.
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Im mittleren und oberen Belastungsbereich eines Verbrennungsmotors
ist der Unterdruck der einströmenden Luft im Gasluftmischgerät so hoch (5o bis Soo
mm WS), daß diese Bedingung von membrangesteuerten Druckminderventilen mit einem
zweckmäßigen Übersetzungsverhältnis von etwa r : 3 bis r : 16 zwischen Ventilweg
und Membranweg unschwer erfüllt werden kann, wobei die erforderliche Baugröße die
Unterbringung des Gerätes beispielsweise unter der Motorhaube eines Kraftfahrzeuges
gut gestattet.
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Im Gebiet geringerer Motorbelastung macht jedoch der nur kleine Unterdruck
der einströmenden Verbrennungsluft (im Leerlauf nur ganz wenige mm WS) Schwierigkeiten,
da andererseits die Forderung besteht, daß bei Stillstand der Maschine, also bei
Wegfall dieses kleinen Unterdruckes im Gasluftmischgerät, der Druckregler den Gasaustritt
mit Sicherheit absperrt.
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Der geringe zur Verfügung stehende Druckunterschied würde ein sehr
hohes Übersetzungsverhältnis und eine übergroße, praktisch nicht in Betracht kommende
Membran bedingen.
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Es sind eine Reihe von Geräten und Verfahren bekanntgeworden, die
mit praktisch . brauchbaren
Membrandurchmessern auskommen, jedoch
sämtlich erhebliche Nachteile in Kauf nehmen.
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Die am meisten verbreiteten Regler schließen durch Einstellung einer
geeigneten Federbelastung der Membran im Stillstand von selbst ab, bedingen jedoch
die Verwendung einer besonderen Leerlaufeinrichtung, die auch für das Gebiet kleiner
Belastung die Gaslieferung übernimmt. Die verhältnismäßig einfache Bauart hat den
Nachteil einer ungleichmäßigen Gemischbildung und schlechter Fahreigenschaften,
verbunden mit hohem Verbrauch.
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Mehrere teils ausgeführte, teils vorgeschlagene Regler vermeiden diese
Nachteile grundsätzlich, indem diese Regler das Gas bereits bei dem Unterdruck Null
zu liefern beginnen. Sie bedingen jedoch sämtlich einen verhältnismäßig verwickelten
zusätzlichen Mechanismus, der das Reglergestänge oder ein Zusatzabschlußgerät in
Abhängigkeit vom Unterdruck im Ansaugrohr, von der Stellung der Drosselklappe oder
ihres Betätigungsgestänges, vom Überdruck im Auspuffrohr, vom Luftdruck des Ventilators
oder eines Luftkompressors, vom Überdruck der Schmieröl- oder der Benzinpumpe u.
a. so beeinflußt, daß bei laufender Maschine die Gaslieferung beim Unterdruck Null
erfolgt, beim Stillstand jedoch ein sicherer Abschluß gewährleistet wird. Der Nachteil
dieser Regler ist ihre Vielteiligkeit und damit ihr hoher Preis und auch ihre Abhängigkeit
von den genannten Faktoren.
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Es ist auch ein Regler vorgeschlagen worden, bei dem der Druck der
anzusaugenden Luft auf den Unterdruck des selbstschließenden Reglers, statt wie
üblich, umgekehrt eingestellt wird. Dieses Arbeitsverfahren erfordert ein zusätzliches
Regelgerät für die Luft, das die Aufgabe zu erfüllen hat, das um ein Vielfaches
größere Luftvolumen mit der gleichen Genauigkeit zu regeln wie das Brenngasvolumen.
Diese Aufgabe konnte mit Geräten von brauchbaren Abmessungen naturgemäß nicht genügend
genau gelöst werden.
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. Es sind auch bei Stillstand selbstschließende Regler bekanntgeworden,
bei denen man das Öffnen bei besonders kleinen Unterdrucken von der Größenordnung
von 5 mm WS durch ein Kniehebelgestänge erreicht, das das Übersetzungsverhältnis
der Kraftübertragung von der Membran zum Ventil im Verlaufe des Hubes veränderlich
macht. In der Abschlußlage ist ein Übersetzungsverhältnis von nahezu i : - verwirklicht,
mit zunehmender Öffnung jedoch wird das Übersetzungsverhältnis stetig bis auf die
üblichen Werte von beispielsweise 1 : 16 bis 1 : 4. vergrößert, wobei dann dem Membranweg
ein ausreichender Öffnungsweg des Ventils entspricht. Derartige Druckregler arbeiten
im Neuzustande sehr befriedigend, haben jedoch den Nachteil, daß sie auf geringste
Längenänderungen in ihrem Gestänge sehr empfindlich sind und bereits nach kleinen
Betriebsabnutzungen wesentlich abweichende Werte des eingestellten Gasdruckes ergeben.
Umständliche Nachstelleinrichtungen, z. B. exzentrische Lagerungen der Büchsen für
die sich abnutzenden Gelenke, können dem Übel steuern, bedingen aber eine wesentliche
Verteuerung dieser Regler.
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Es wurde nun gefunden, daß man die oben geschilderten Nachteile der
ungenauen Gemischbildung, der Vielteiligkeit und verwickelten Bauart und endlich
der Abnutzungsempfindlichkeit vermeiden und mit einem räumlich verhältnismäßig sehr
kleinen, einfachen Gerät eine gute Druckregelung bewirken kann, und zwar durch einen
Druckregler, bei dem die Membran ihre Kraft quer auf ein ihr im wesentlichen parallel
und in Richtung der Ventilachse liegendes, nahe-' zu gestrecktes und an einem Ende
mit dem Regelventil in Verbindung stehendes band-, faden- oder kettenförmiges Zug-
oder Druckglied ausübt und dieses Glied an beiden Enden gelenklos am Gehäuse befestigt
ist und die Übertragung der Membrankraft entweder unmittelbar, d. h. durch einen
Vorsprung der Nabe der Membran, oder mittelbar durch ein Zwischenteil erfolgt, wenn
das Zug- oder Druckglied mittels einstellbarer Blattfeder am Gehäuse befestigt ist.
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Es ist zwar bekannt, ein gestrecktes bandförmiges oder federartiges
Zwischenglied zur Kraftübertragung bei einer Vorrichtung zur Druckmessung, z. B.
Aneroidbarometern oder bei Hitzdrahtgalvanometern, zu verwenden. Bei der vorliegenden
Erfindung handelt es sich jedoch um die Übertragung der Steuerkraft bei einem membrangesteuerten
Druckregler, wobei das -nahezu gestreckte, in der Richtung der Ventilachse liegende
band-, faden- oder kettenförmige Zug- oder Druckglied, auf das die Membran ihre
Kraft ausübt, an einem Ende mit dem Ventil in Verbindung steht.
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Es ist ferner bekannt, Druckregler mit ähnlichen Zug- oder Druckgliedern
auszurüsten, doch weisen derartige Bauarten bisher stets den Nachteil auf, daß die
Zug- oder Druckglieder nicht an beiden Enden gelenklos, abnutzungsfrei und einstellbar
befestigt sind. Eine bewegliche und daher mit Abnutzung verbundene Befestigung des
Zug- oder Druckgliedes hat aber den Nachteil, daß der empfindlich eingestellte Regler
seine Genauigkeit mit zunehmender Betriebszeit einbüßt. Lediglich die beiderseitige
Befestigung des Zug- oder Druckgliedes gelenklos und abnutzungsfrei am Gehäuse durch
Blattfedern bringt den Vorteil dauernd erhaltener Betriebsgenauigkeit und einfacher
Nachstellbarkeit mit sich.
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Die so ausgebildeten Druckregler haben den Vorteil, daß sie durch
die Art des Übersetzungsverhältnisses bereits bei sehr geringen Unterdrucken ansprechen,
und daß dennoch durch das
Fehlen sich abnutzender Gelenkteile die
Eigenschaft des leichten Ansprechens auch dauernd erhalten bleibt. _ Das Zug- oder
Druckglied, auf das die Membrankraft übertragen wird, wird vorteilhaft als federnd
biegsamer Stab oder als Band aus Metall ausgebildet. Man kann das Glied jedoch auch
aus anderen Werkstoffen als Metallen herstellen, z. B. aus Kunst- oder Textilstoffen
u. dgl. Auch kann man an Stelle eines Bandes fadenförmige Körper, wie Metalldrähte,
Darmsaiten, Gespinstfäden o. dgl., verwenden. Die Verwendung von Metallkettchen,
wie sie z. B. in feinmechanischen Apparaten benutzt werden, bietet den Vorteil besonderer
Billigkeit. Die gelenklose Befestigung des Zug- oder Druckgliedes erfolgt vorteilhaft
in der Weise, daß Nietverbindungen so fest angezogen werden, daß ein Bewegen der
verbundenen Teile gegeneinander beim Einbau wohl möglich ist, die Teile im Betrieb
jedoch bewegungsfrei aufeinanderhaften.
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Es ist vorteilhaft, die Blattfeder auf der dem Ventil zugekehrten
Seite zum Ausüben der Schließkraft auf das Ventil heranzuziehen. Die Befestigung
des Zug- oder Druckgliedes an der dem Ventil gegenüberliegenden Seite' erfolgt erfindungsgemäß
ebenfalls mittels einer einstellbaren, am Gehäuse befestigten Blattfeder, doch kann
statt dessen dieses Ende des Zug- oder Druckgliedes auch ein zweites Ventil betätigen.
Diese Bauart, bei der also zwei Ventile parallel arbeiten, ist besonders bei hohem
Gasbedarf zweckmäßig. In jedem Fall können die beiden Blattfedern aus einem Stück
bestehen, wodurch sich eine besonders einfache Ausführungsform ergibt. Auch lassen
sich bei dieser Anordnung die Federn mit geringem Aufwand einwandfrei in ihrer Lage
sichern.
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Die Übertragung der Membrankraft auf das Zug- oder Druckglied kann
in der Weise erfolgen, daß die Nabe der Membran mit einem Vorsprung versehen ist,
der unmittelbar auf das Zug- oder Druckglied drückt. Man kann auch zwischen Membran
undZug- oderDruckglied einZwischenteil anordnen. Dieses kann sowohl mit der Membran
als auch mit dem Zug- oder Druckglied fest verbünden sein. Vorteilhaft ist es jedoch,
dieses Zwischenteil so auszubilden, daß es entweder nur mit der Membran oder nur
mit dem Zug- oder Druckglied verbunden ist. Auf diese Weise wird bei dem Zusammenbau
bzw. bei der Zerlegung des Reglers eine leichte Abhebbarkeit der Membran erreicht.
Kommt ein Druckglied zur Verwendung, so ist es besonders vorteilhaft, wenn dieses
von dem Zwischenteil beiderseits umfaßt wird. Man erreicht dadurch erhöhte Schließsicherheit
für das Ventil, falls sich in der Gaskammer des Reglers. ein zu hoher Gasdruck eingestellt
haben sollte. Führt man das Zwischenteil zu diesem Zwecke mit einem seitlichen Schlitz,
also hakenförmig, aus, so löst sich bei der Zerlegung des Reglers die Membran auch
bei dieser Bauart von selbst von dem Druckglied.
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Vorteilhaft ist es, die Gehäuseteile des Reglers so auszubilden, daß
der ganze Regler aus Metallspritzguß hergestellt werden kann.
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Die Zeichnungen zeigen Ausführungsformen der Erfindung.
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Abb. i stellt einen Längsschnitt, Abb. 2 einen Querschnitt durch einen
Regler dar, bei dem die Kraftübertragung durch ein Zugglied erfolgt. Der Regler
ist zweistufig ausgebildet, derart, daß die beiden Entspannungsstufen in zwei getrennten
Gehäuseteilen a und b, aus Spritzguß gefertigt, 'liegen, die mittels
der Schrauben s zusammengeschraubt sind und zwischen denen der Ventilsitz c der
zweiten Stufe leicht auswechselbar angeordnet ist. Als Zugglied dient ein elastisches
Metallband d, das bei e und f
durch stramm sitzende Nieten an
der im Gehäuse angebrachten Blattfeder k gelenklos befestigt ist.
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Das unter Behälterdruck stehende gasförmige Treibgas tritt bei l in
den Regler ein, durchströmt das Filter in, das bei ya ohne zusätzliche Verschraubungen
in die Eingangsverschraubung eingesteckt ist, wird in der im Gehäuse a untergebrachten
ersten Entspannungsstufe vorentspannt und gelangt von hier zu dem Entspannungsventil
c der zweiten Stufe.
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Wird an dem in der oberen Hälfte des Gehäuses liegenden Gasabgang
vom Motor her ein Sog ausgeübt, so wird die Membran g angesaugt und drückt mittels
des Zwischenteils h, das auf -der Nabe der Membran g fest angebracht ist, quer auf
das Zugglied d. Die Blattfeder k, die im Ruhezustand den Kegel des
Ventils c auf seinen Sitz drückt, wird dadurch bei e zurückgezogen und gibt das
Ventil c frei, das sich unter Zuhilfenahme der Wirkung des Gasdruckes von selbst
öffnet.
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Die Verschraubung o dient zum Anbringen von Meßgeräten und kann zugleich
beim Ablassen von sich bildendem Kondensat benutzt werden.
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Die Membranschraube p, die das Zwischenteil h auf der Membrannabe
befestigt, ist gleichzeitig als Tupfer ausgebildet.
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Abb.3 stellt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform dar, bei
der die Kraftübertragung durch ein Druckglied erfolgt. Die Bauteile der Abb.3 sind
sinngemäß mit gleichen Buchstaben bezeichnet wie in den Abb. i und 2. Abb.2 gilt
unverändert auch für diese Ausführungsform.
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Als Druckglied dient eine elastische, knicksteife Blattfeder, die
ebenso befestigt ist wie das vorher beschriebene Zugglied. Gegenüber der Berührungsstelle
des Zwischenteils da mit dem Druckglied drückt eine weitere einstellbare
Feder q ebenfalls quer auf das Druckglied und drückt auf diese 'reise den Kegel
des Ventils c auf seinen Sitz. Die Öffnung des Ventils c erfolgt dadurch, daß die
angesaugte Membran über das
Zwischenstück h die Kraft der Schließfeder
q
überwindet und damit die über das Druckglied auf den Kegel des Ventils c
ausgeübte Schließkraft aufhebt.
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. Abb. 4. stellt eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
dar, bei der statt der im Gasraum liegenden Schließfeder q eine jenseits der Membran
im Luftraum liegende Schließfeder y angewendet wird. Das Zwischenteil
t, das wieder auf der Membrannabe festgeschraubt ist, umfaßt das Druckglied
d beiderseits und ist durch einen seitlichen Schlitz hakenförmig gestaltet. Das
Zwischenteil t überträgt hier auch die Schließkraft auf das Druckglied. Abb. 4.a
stellt einen Seitenriß des Zwischenteils t dar.
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Besonders vorteilhaft ist eine Bauart ähnlich Abb. 3 und q., bei der
die Schließkraft des Ventils c von der Blattfeder k und/oder von der elastischen
Kraft des Druckgliedes d selbst aufgebracht wird. Die zusätzlichen Schließfedern
q oder r dienen dann nur noch zur Feineinstellung und haben demgemäß nur noch sehr
kleine Kräfte an ihren Angriffspunkten zu übertragen. Sie können gegebenenfalls
auch ganz fortfallen.
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In gleicher Weise läßt sich der Gegenstand der Erfindung auch bei
einstufigen Reglern anwenden.