EP0074956B1

EP0074956B1 - Mit flüssiggas betriebenes feuerzeug, insbesondere taschenfeuerzeug

Info

Publication number: EP0074956B1
Application number: EP82900765A
Authority: EP
Inventors: Friedrich SCHÄCHTER
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-03-19
Filing date: 1982-03-18
Publication date: 1986-02-12
Also published as: DE3269036D1; JPS58500299A; EP0074956A1; ATA130681A; JPH0252770B2; WO1982003262A1; AT372773B; US4496309A

Description

Die Erfindung betrifft ein mit Flüssiggas betriebenes Feuerzeug, insbesondere Taschenfeuerzeug, das ein mit einem Brennerkopf in Verbindung stehendes verschließbares Ventil am Ausgang einer Ventilbohrung einen Brennstoffbehälter und eine zwischen Brennstoffbehälter und Ventilbohrung angeordnete, unverstellbare Bemessungseinrichtung für die Flammenhöhe umfaßt, die mit einer brennstoffdurchlässigen Dosierscheibe aus porösem Material versehen ist, welche auf ihrerdem Brennstoffbehälter zugekehrten Seite mittels eines eine Durchlaßöffnung für den Brennstoff aufweisenden Bauteils in ihrem Randbereich dicht gegen eine ringförmige, vorzugsweise kreisförmige Fläche gepreßt ist, die eine Ausnehmung umschließt.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung eines Feuerzeuges der oben genannten Art und beinhaltet eine rechner- oder mikrocomputergesteuerte Messung als integralen Verfahrenschritt.
Ein Feuerzeug der eingangs genannten Art ist aus der FR-A-2397599 bekannt. Dieses bekannte Feuerzeug ist eine Weiterbildung des aus der FR-A-2313638 bekannten Feuerzeuges, wobei der Maximaldurchsatz dadurch nach oben begrenzt wird, daß stromauf der porösen Dosiermembran elastisch verformbare Bauteile vorgesehen werden, die Teile der porösen Membran abdecken und somit den Durchfluß durch diese Membran begrenzen.
Bei den bisher bekannten Feuerzeugen treten Produktionsstreuungen auf, die innerhalb einer Serie größere Abweichungen der Durchflußmenge des Brennstoffes vom Sollwert bewirken. Weiters muß man es bisher hinnehmen, daß bei zunehmender Temperatur sich der Einfluß des Gasdampfdruckes proportional oder sogar stärker als proportional auf die Flammenhöhe auswirkt. Da die Produktionsstreuungen des Dosierscheibenmaterials und der Temperatureinfluß sich überlagern, wird der Benützer oft durch eine unerwartet hohe Flamme überrascht. Dies stellt ein wesentliches Sicherheitsproblem dar, da eine Schreckreaktion des Benützers Unfälle verursachen könnte. Daher haben sogar die Mehrheit der auf dem Weltmarkt zu Billigstpreisen angebotenen Einwegfeuerzeuge einen Mechanismus, der dem Besitzer das Regeln der Flammenhöhe ermöglicht. Dies verteuert entschieden die Herstellung, und löst trotzdem nicht das Sicherheitsproblem, da die Notwendigkeit, die Flamme zu verkleinern, erst nach der Schreckreaktion erkannt wird. Verschiedene Staaten erwägen daher die Einführung gesetzlicher Einschränkungen für Taschenfeuerzeuge, wobei maximale Flammenhöhe nicht überschritten werden dürfen. Bei einer Massenfertigung von Feuerzeugen ohne Flammenreguliereinrichtung ist es daher ein wichtiges Problem die Flammenhöhe derart unter Kontrolle zu halten, daß diese gegenüber einem Sollwert unter gleichen Temperaturbedingungen nicht mehrals - 10 %abweicht. Infolge der Temperaturabhängigkeit des Dampfdruckes erhöht sich jedoch unvermeidbar die ausströmende Gasmenge und somit die Flammehöhe mit steigender Temperatur, wobei die Flammenhöhe auch bei dem höchsten im praktischen Gebrauch zu erwartenden Dampfdruck, den gesetzlichen Bestimmungen entsprechen muß.
Bei einer mit einer Höhe von 25 mm bei 25 °C und 2,5 bar Druck bei Verwendung von Isobutangas . angenommenen Normalflamme ergibt sich beispielsweise bei bekannten Feuerzeugen bei einer Temperaturerhöhung auf 50 °C eine Vergrößerung des Druckes auf 5 bar. Dadurch bedingt, sowie durch eine zusätzliche, nicht lineare, durch Wärmedehnung verursachte, vergrößerte Dosierscheibendurchlässigkeit ergibt sich eine Erhöhung der Flamme auf 50 bis 70 mm. Definiert man die festgestellte Veränderung der Flammenhöhe bei einer definierten Temperaturänderung als Flammenindex, und ordnet man. bei einem Temperaturanstieg von 25° auf 50 °C, einer Erhöhung der Flamme von 25 auf 50 mm den Indexwert 1 zu, so würde eine Flammenerhöhung von 25 auf 70 mm einem Flammenindex von 1,8 entsprechen.
Erfahrungsgemäß bewirkt bei bekannten Kleinbrennern zusätzlich noch die Alterung im unbenützten Zustand eine irreversible Veränderung der ursprünglich eingestellten Flammencharakteristik. Dies insbesondere dann, wenn sie wechselnden oder extremen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind, und die Klemmelemente für die Dosierscheibe aus Werkstoffen mit unterschiedlicher Wärmedehnung bestehen.
Auch ein Flackern der Flammen ist häufig festzustellen. Dies gilt insbesondere für Taschenfeuerzeuge, die oft sehr unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt sind und sich unmittelbar vor der Benützung meist in völlig undefinierten Transportlagen befinden.
Ein Teil dieser Mängel ist bei Taschenfeuerzeugen, die mit einer Flammenreguliereinrichtung versehen sind, nicht so nachteilig, wie bei Feuerzeugen, bei denen eine unverstellbare Bemessungseinrichtung für die Flammenhöhe vorgesehen ist.
Es sind Flammenreguliereinrichtungen bekannt, US-A-3766946, bei denen ein elastischer Körper gegen einen porösen Körper, z. B. Sintermetall, preßbar ist und sich hiebei je nach der Größe des Anpreßdruckes verformt und mit einem größeren oder kleineren Flächenbereich an den porösen Körper anlegt und so den Durchflußquerschnitt im porösen Körper ändert.
Ferner ist es bekannt, zur kontrollierten Begrenzung des Gasdurchflusses eine poröse Membran zu verwenden. Derartige Einrichtungen werden in den FR-A-2 313 638 (mit Flammenreguliereinrichtung) und FR-A-2 313 639 (ohne Flammenreguliereinrichtung) offenbart. In einem zwischen Flüssiggastank und Brenner angeordneten, metallischen Ventilkörper ist auf der dem Flüssiggastank zugekehrten Seite die poröse Membran eingesetzt, die zumindest auf der dem Tank abgekehrten Seite mit einer Faserschicht bedeckt, und mittels einem, aus schlecht wärmeleitendem Kunststoffmaterial bestehenden Druckkörper gasdicht im Ventilkörper eingeklemmt angeordnet ist. Der Einrichtung liegt der Gedanken zugrunde, daß für eine zufriedenstellende Funktion die dem Flüssiggastank zugekehrte Seite der Membran in einem freigestellten Bereich ständig mit der flüssigen Phase des Gases gefüllt sein soll, und daß dieses Flüssiggas durch die Poren der Membran fließt, um auf der anderen dem Flüssiggastank abgekehrten Seite unter Mitwirkung der Faserschicht zu verdampfen. Dazu ist auf der dem Tank zugekehrten Seite der Membran eine Benetzungskammer vorgesehen, der über ein Tauchrohr aus dem Flüssiggastank ständigflüssiges Gas zugeführt wird. Auf der mit der Faserschicht bedeckten Seite der Membran ist eine Verdampfungskammer vorgesehen, in der beim Öffnen des darüberliegenden Absperrventiles die Verdampfung erfolgt. Um ein Verdampfen schon in der Benetzungskammer und somit ein flackerndes, unruhiges Brennen der Flamme zu vermeiden, wird in der oben genannten FR-A-2 313 639 vorgeschlagen, den Druckkörper aus einem schlecht wärmeleitenden Kunststoffmaterial herzustellen.
Diese geoffenbarte Einrichtung bringt keine voll befriedigenden Ergebnisse durch die Summierung mehrerer auf die tatsächlich durchgelassene Gasmenge Einfluß nehmender Faktoren, wie die unvermeidlichen Schwankungen in der Porosität des Membranmaterials und die Strukturstreuungen des Fasermaterials, sowie durch die Deformation des Benetzungskammerdurchmessers infolge des Anpreßdruckes bei der Montage der Einrichtung. Außerdem kann das Tauchrohr die Bildung von Dampfbläschen in der Flüssigkeitssäule, welche z. B. durch Lageänderung bei einem Taschenfeuerzeug verursacht werden kann, nicht ausschließen, wodurch unter anderem ein Flackern der Flamme oder ein plötzliches Kleinerwerden der Flamme auftritt. Zur Verbesserung des letztgenannten Umstandes wird daher bei den bekannten Feuerzeugen anstelle des Tauchrohres in der Praxis ein Präzisionsdocht eingesetzt, wobei durch die hohen Kosten des Dochtes die Herstellkosten wesentlich erhöht werden. Trotz dieser Verteuerung sind die Unterschiede in der Flammenhöhe noch unbefriedigend, da der von der Verdampfungskammer und der Ventilbohrung umfaßte Raum ein relativ großes Volumen aufweist und damit das dort sich sammelnde Flüssiggas für eine gefährlich hohe, wenn auch sehr kurzzeitige Stichflamme unmittelbar nach dem Zünden verantwortlich ist. Dies trifft besonders auf das Feuerzeug gemäß FR-A-2 313 638, dessen Membranporosität auf eine relativ hohe Flamme abgestimmt ist, was bei solchen Feuerzeugen mit Flammenregeleinrichtung zweckentsprechend ist.
Bei Verwendung eines Tauchrohres oder eines Präzisionsdochtes ist für die Befestigung derselben und für das Klemmen der Membran ein voluminöses, schlecht wärmeleitendes Kunststoffteil von großer Steifigkeit erforderlich. Dadurch werden die Dimensionen des ihn umgebenden Metallteiles relativ groß. Das große Volumen der erforderlichen Teile verursacht relativ hohe Herstellkosten.
Auf Grund der Unterschiede in der Wärmedehnung zwischen dem wegen seiner schlechten Wärmeleitung vorgeschlagenen Kunststoffmaterial für den Druckkörper und dem ihn aufnehmenden metallischen Ventilkörper verändern sich die auf die Membran wirkenden Klemmkräfte mit der Temperatur und können irreversible Abschwächungen erfahren. Das unter Anwendung von Ultraschall erfolgte Herausschneiden der Dosierscheibe aus einer Folie und anschließende Befestigen am Klemmkörper, das darauffolgende Einsetzen dieser vormontierten Einheit in das tiefe Sackloch des metallischen Ventilkörpers und das gasdichte Bördeln ist schwierig und kann leicht fehlerhafte Ventileinheiten zur Folge haben, die dann unverwendbarer Ausschuß sind.
Die gattungsbildende FR-A-2397599 ist wie erwähnt eine Weiterbildung der vorerwähnten FR-A-2 313 638, vermag jedoch lediglich den Maximaldurchsatz nach oben zu begrenzen jedoch keinen konstanten Gasdurchlaß zu gewährleisten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die eine bessere Konstanz des Gasdurchlasses ermöglicht. Bei Verwendung der Einrichtung für Feuerzeuge soll der Flammenindex kleiner als 0,9 sein und die Stichflamme vermieden werden, wodurch die Sicherheit erhöht und die wirtschaftliche Ausnutzung des Brennstoffes verbessert wird. Die Erfindung soll auch eine wesentliche Reduktion der Neigung der Flamme zum Flackern gewährleisten, eine deutliche Senkung der Herstellkosten ermöglichen, und darüberhinaus soll die erfindungsgemäße Einrichtung einfacher zu montieren sein, als die vorbekannten Lösungen.
Dies wird beim Feuerzeug der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Ausnehmung mit der Dosierscheibe einen Dosierraum bildet, der ausschließlich mittels der Ventilbohrung mit dem Brennerkopf in Verbindung steht und die Stirnfläche der Ausbehmung ganz oder teilweise mit einer, eine ständige Verbindung zwischen Dosierraum und Ventilbohrung aufrechterhaltenden, Vertiefungen und gegebenenfalls Erhebungen aufweisenden Struktur versehen ist, an die sich bei geöffentem Ventil die mikroskopisch kleine Einzelporen aufweisende Dosierscheibe aus mikroporöser Folie mit zunehmender Druckdifferenz die temperaturabhängig ist, mehr und mehr Poren verschließend, anlegt.
In vorteilhafter Weise beinhaltet die Struktur der Stirnfläche strahlenförmig verlaufende Nuten mit keilförmigen Querschnitt, die anschließend an ihren Seitenkanten Aufwürfe aufweisen, wobei die Tiefe der Nuten auf das Flächenniveau der unstrukturierten Flächenbereiche (Abblendflächen) bezogen ein Vielfaches, vorzugsweise das Fünf- bis Zwölffache der Höhe beträgt, mit welcher die Aufwürfe dieses Flächenniveau überragen.
Die Dosierscheibe ist mit einer sehr großen Anzahl von submikroskopischen, dicht nebeneinander liegenden, vorzugsweise unzusammenhängenden Poren schlitzförmigen Querschnitts versehen, und besteht vorzugsweise aus einem Material, das bei Verwendung der Einrichtung innerhalb eines Temperaturbereiches von minus 30° bis plus 70 °C seine Temperaturproportionalen Eigenschaften für die Brennstoffdurchlässigkeit unverändert beibehält.
Im folgenden werden an Hand der Zeichnungen mehrere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, ohne sie auf diese Ausführungsformen einzuschränken.
Fig. 1 stellt einen Teilschnitt durch ein Feuerzeug dar, das mit einer erfindungsgemäßen Bemessungseinrichtung ausgestattet ist. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind alle Teile, die für die Erläuterung der Erfindung nicht wesentlich sind, nicht dargestellt, Fig. 2 zeigt eine Ansicht des Dosierraumes von unten, in größerem Maßstab, wobei die Klemmscheibe und die Dosierscheibe entfernt sind, die Fig. ist ein Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2 in größerem Maßstab, Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt des Teiles A der Fig. 1 in größerem Maßstab. Die Fig. 5, 6 und 7 stellen Längsschnitte durch verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Bemessungseinrichtung dar, Fig. zeigt eine Prüf-und Bördeleinrichtung.
In Fig. 1 ist jener Teil eines Feuerzeuges im Querschnitt dargestellt, der die erfindungsgemäße Bemessungseinrichtung zur Erreichung einer konstanten Flammenhöhe aufnimmt. In die obere Wand des Flüssiggastankes 1 ist ein Ventilkörper 2 gasdicht eingepreßt, der an der dem Flüssiggastank abgekehrten Seite in einer Bohrung ein verschiebbares Brennerröhrchen 3 aufnimmt. Das Brennerröhrchen 3 weist an seinem oberen Ende einen Brennerkopf 4 auf, unter dem ein Betätigungshebel 5 angreift. Das Brennerröhrchen 3 wird durch eine in die Brennerdüse 6 mündende, axiale Gasaustrittsbohrung 8 bis zu einem Querloch 7 durchsetzt. Am unteren Ende des Brennerröhrchens 3 ist eine elastische Dichtungsscheibe 9 angeordnet, die mit einem Ventilsitz 10 des Ventilkörpers 2 zusammenwirkt. Wenn das Feuerzeug nicht benutzt wird, drückt eine nicht dargestellte Feder das Brennerröhrchen 3 nach unten gegen den Ventilsitz 10 und verschließt so die Ventilbohrung 11.
Auf der dem Flüssiggastank 1 zugekehrten Seite des vorzugsweise aus Ms 58 mit ca. 2 % Blei bestehenden Ventilkörpers 2 ist eine sacklochartige Vertiefung 12 zweckmäßig spanabhebend gefertigt, in der eine Dosierscheibe 14 durch eine Klemmscheibe 15 an eine vorzugsweise plane Ringfläche 13 der Vertiefung 12 derart angepreßt wird, daß die Dosierscheibe 14 auf etwa die Hälfte ihrer Dicke komprimiert wird und dadurch die Klemmfläche gasdicht wird. Die Fixierung der Klemmscheibe 15 und der Dosierscheibe in diesem Zustand erfolgt durch Bördeln des Randes 2a des Ventilkörpers 2.
Die Klemmscheibe 15 weist zumindest im Klemmbereich eine mit der Ringfläche 13 geometrisch übereinstimmende, die gasdichte Klemmung des Dosierscheibenrandes gewährleistende Oberfläche auf, und ist über eine Gasdurchlaßöffnung 17 mit dem Flüssiggastank 1 verbunden.
Die Vertiefung 12 im Ventilkörper 2 ist mit einer Ausnehmung 16 versehen, deren Stirnfläche 2' von der Ringfläche 13 der Vertiefung 12 einen Abstand von z. B. 0,1 mm aufweist. Die dem Flüssiggastank 1 abgekehrte Seite der Dosierscheibe 14 bildet mit der Ausnehmung 16 einen Dosierraum, dessen Tiefe das Zwei- bis Achtfache, vorzugsweise Drei- bis Vierfache der Dicke der Dosierscheibe 14 beträgt. Der Querschnitt des Dosierraumes 16 senkrecht zur Achse der Dosierscheibe 14 bestimmt die Größe, Lage und Gestalt der vom Brennstoff beaufschlagbaren Fläche der Dosierscheibe 14. Im allgemeinen wird diese Fläche eine Kreisfläche sein. Sie kann aber auch eine andere Form aufweisen. Im letzteren Falle wird der Durchmesser einer gleich großen Kreisfläche als hydraulischer Durchmesser der von der Kreisform abweichenden Fläche bezeichnet.
Die Gasdurchlaßöffnung 17 in der Klemmscheibe 15 muß kleiner sein als der hydraulische Durchmesser des Dosierraumes 16. Die Dicke der Klemmscheibe 15 ist kleiner als der hydraulische Durchmesser des Dosierraumes 16, vorzugsweise kleiner als ein Drittel des hydraulischen Durchmessers.
Vorteilhaft ist es, die Klemmscheibe aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus sogenanntem Automatenmessing - eine Legierung von 58 % Cu, 2 % Pb, Rest Zn - auszubilden, da infolge der hohen Drucksteifigkeit derartiger Werkstoffe ein zuverlässiges Klemmen der Dosierscheibe 14 ermöglicht wird. Vorzugsweise ist auch der Ventilkörper 2 aus dem gleichen Werkstoff, damit bei Einwirkung von unterschiedlichen Temperaturen die Wärmeausdehnung der die Membran umschließenden Teile gleich bleibt.
Die Dosierscheibe 14 besteht aus einem mikroporösen Kunststoffilm, wobei der Transport von Flüssiggas in flüssiger und/oder gasförmiger Phase durch die Scheibe im wesentiichen senkrecht zur Oberfläche erfolgt. Insbesondere eignet sich dafür ein mikroporöser, einachsig verstreckter Polypropylenfilm mit einer Dicke zwischen 15 und 40 Mikrometer, vorzugsweise zwischen 22 und 27 Mikrometer, und mit beim Verstrecken vorzugsweise in Extrusionsrichtung entstehenden schlitzförmigen Poren mit einem Querschnitt von etwa 0,04 mal 0,4 Mikrometer. Bei einem Gasdampfdruck von 1 bis 6 bar verhält sich die durchströmende Brennstoffmenge im wesentlichen linear zum Druck. Ein derartiges Produkt wird z. B. derzeit von Celanese Plastics Company, S.C., U.S.A., unter dem Markennamen « Celgard^R 2500 auf den Markt gebracht.
Der Ventilkörper 2 ist in den Fig. 4 und 5 an der Stirnfläche 2', welche den Grund des Dosierraumes 16 bildet, mit Ausnahme eines Umfangsbereiches 23, strukturiert. Die Struktur 22 kann beliebige relative Erhebungen und Vertiefungen aufweisen. In vorteilhafter Weise kann die Struktur aus strahlenförmigen Nuten 21 bestehen. In Fig. 2 ist als Ausführungsbeispiel ein vierarmiger Nutenstern dargestellt. Es liegt aber im Rahmen der Erfindung, die Anzahl der Arme beliebig zu wählen. So können beispielsweise fünf, sechs oder acht Arme vorgesehen sein. Diese Nuten 21 werden vorzugsweise in einem einzigen Prägevorgang geprägt, u. zw. mittels eines Prägewerkzeuges, das mehrere keilförmige Querschnitt aufweisende, der Anzahl der Amre entsprechende, strahlenförmig angeordnete Schneiden aufweist. Wie Fig. 3 im vergrößterten Maßstab zeigt, kann die Tiefe 1 der Nuten 21 0,09 mm, die Öffnung eine Breite k von 0,14 mm und die Wurzel m 0,03 mm betragen. Die aufgeworfenen Randbereiche 22, die an die Kanten der Nuten 21 anschließen, sind etwas rauh, da die Struktur von Messing (mit etwa 2 % Blei für gute Zerspanbarkeit) beim Wegstauchen etwas aufbricht, d. h. das Korngefüge gestört wird. Die resultierende Höhe n ist etwa 0,01 mm. Der Nutenstern kann aber auch mittels eines Prägewerkzeuges geprägt werden, das mindestens eine Schneide aufweist, wobei das Prägewerkzeug zwischen den einzelnen Prägevorgängen in einem definierten Winkel um seine Längsachse verdreht wird, bis die gewünschte Anzahl Arme geformt ist.
Selbstverständlich können auch andere Herstellungsmethoden, z. B. Ätzen, Sandstrahlen, Elektroerosion od. dgl. verwendet werden.
Aufgabe des Durchmessers des Dosierraumes 16 ist es, einen definierten Querschnitt der Dosierscheite für den Gasdurchtritt freizustellen. Die Tiefe des Dosierraumes 16 ist derart mit der Flexibilität der elastisch verformbaren Dosierscheibe 14 abgestimmt, daß die gewünschte Gasmenge durchgelassen wird. So kann die Tiefe des Dosierraumes zum unstrukturierten Flächenbereich 23 derart abgestimmt sein, daß, falls durch Temperaturanstieg der im Tank herrschende Gasdruck sich erhöht und dadurch die Membran sich an den Bereich 23 anlegt, ein mit steigendem Druck proportional anwachsender Teil der Poren abgeblendet wird, was durch die Wärmedehnung des Membranmaterials noch verstärkt wird. Die Flammenhöhe nimmt dadurch im geringaren Maß zu als der Anstieg des Gasdruckes sonst bewirkt hätte. Der FLammenindex kann dadurch kleiner als 0,9 gehalten werden. Bei einer Dicke des Dosierscheibenmaterials von 25 Mikrometer ist beispielsweise eine Tiefe des Dosierraumes 16 von 0,08 bis 0,12 mm vorteilhaft, bei einem Durchmesser von 1,8 bis 1,9 mm des Dosierraumes und eines Durchmessers des Sternes von 1,3 mm. Die vorstehenden Angaben beziehen sich auf eine Qualität von « Celgard^R 2500_" deren Porosität einen Meßwert von 7,5 Gurley Sekunden, lt. ASTM Testmethode D-726, Modell B, ergibt.
Infolge ihrer geringen Dicke ist die Dosierscheibe 14 flexibel, sodaß sie durch den Strömungsdruck in Richtung Ventilbohrung 11 ausweicht und sich dabei an die Stirnfläche 2' anlegt. Bei höheren Temperatur und ansteigendem Druck legt sich, bedingt durch ihren Wärmeausdehnungskoeffizienten, ein zunehmend größerer Teil der Dosierscheibe 14 auch auf den nicht strukturierten Bereich 23 der Stirnfläche 2' an, ohne daß die Streckgrenze des Materials überschritten wird, wodurch ein Anteil der Poren abgeblendet wird, der größer als ein proportionaler Anteil ist, während die Nuten 21 und die Struktur 22 es dem Gas ermöglichen, in die Ventilbohrung 11 zu strömen. Nach Rückkehr zum Normaldruck hebt die Membran wieder vom Abblendbereich 23 ab, wonach die Durchflußmenge wieder genau der ursprünglichen entspricht, da bei richtiger Auslegung der Verhältnisse keine irreversible Verstreckung und somit Veränderung der Porosität stattgefunden hat (Fig. 3 und 4).
Eine erfindungsgemäße Einrichtung für einen Feuerzeugbrenner ergibt bei Verwendung einer « Celgard^R 2500_" Membran mit einem Gurley-Meßwert von 7,5, eingebaut in einem Ventilkörper mit einem Außendurchmesser von 3,5 mm, einer Klemmscheibe mit einem Außendurchmesser von 3 mm und einem Dosierraum mit 1,8 mm Durchmesser, der eine Tiefe von 0,1 mm und einen sechsarmigen Stern mit einem Durchmesser von 1,3 mm aufweist, bei 25 °C Umgebungstemperatur eine Flammenhöhe von 25 mm (Normalflamme), wobei etwa 1 Milligramm Brennstoff pro Sekunde verbraucht wird. Eine Änderung des Dosierraumdurchmessers bewirkt eine proportionale Änderung der Flammenhöhe. Dadurch kann entweder, falls das Membranmaterial genau dem gewünschten Wert entspricht, eine andere Flammenhöhe erzielt werden oder kann, nach Feststellung einer Abweichung des Gurley-Wertes der zu verwendenden Membranmaterialcharge, ein entsprechender Dosierraumdurchmesser bestimmt werden, um eine gewünschte Flammenhöhe zu erzielen.
Überraschenderweise weist die erfindungsgemäße Einrichtung für die flüssige und die gasförmige Phase der Gastankfüllung keinen sehr großen gewichtsmäßigen Unterschied der durchgelassenen Brennstoffmenge auf.
Die erfindungsgemäßen Feuerzeuge ohne Tauchrohr oder Docht erlauben daher eine schräge Handhabung (z. B. zwecks Anzünden einer Tabakspfeife), wobei die Flamme trotz Berührung des flüssigen Tankinhalts mit der Gasdurchlaßöffnung 17 nur unbedeutend größer wird.
Ein ruhiges und gleichmäßiges Brennen der Flamme in der normalen aufrechten Betriebshaltung wird weiters durch eine Anordnung der Bemessungseinrichtung erzielt, die hiebei einen direkten Kontakt der Dosierscheibe 14 mit der flüssigen Phase der Behälterfüllung ausschließt. Wenn das Feuerzeug zum Anzünden aus einer undefinierten, beispielsweise liegenden, Transportlage in eine aufrechte Lage gebracht wird, so fließt der flüssige Brennstoff bis auf eine von Oberflächenkräften zurückgehaltene Restmenge aus dem vor der Dosierscheibe 14 liegenden Raum in den Behälter 1 ab, so daß die Dosierscheibe 14 vom Flüssigkeitsspiegel 24 des Brennstoffes getrennt ist.
Da die Dicke der Klemmscheibe 15 nicht größer als der hydraulische Durchmesser des Dosierraumes 16 ist, ist das Volumen des vorgelagerten Raumes klein. Da auch durch die niedrige Oberflächenspannung und Viskosität der flüssigen Phase des Brennstoffes der Strömungswiderstand beim Abfließen gering ist, ist die möglicherweise zurückgehaltene Restmenge des Brennstoffes, bezogen auf den für den Gasdurchtritt zur Verfügung stehenden Querschnitt der Dosierscheibe, so klein, daß sie in kurzer Zeit, z. B. in etwa 1 Sekunde, abrinnt, verdampft oder verbrannt wird. Soferne überhaupt an der dem Behälter 1 zugekehrten Seite der Dosierscheibe 14 eine spontanes, blasenbildendes Sieden von flüssigem Brennstoff auftritt, ist die dafür verfügbare Menge schon nach kurzer Zeit verdampft. Der Gasdurchtritt durch die Dosierscheibe 14 erfolgt daher, abgesehen von einer sehr kurzen Anlaufzeit, ausschließlich aus der gasförmigen Phase des Brennstoffes heraus, wodurch eine ruhige und gleichmäßig brennende Flamme erzielt wird.
Der Effekt kann durch verschiedene Maßnahmen in einfacher Weise verstärkt werden.
Das möglichst vollständige Abfließen der flüssigen Phase beim Aufrichten des Brenners wird begünstigt, wenn die Oberfläche der Klemmscheibe 15 nichtbenetzbar ausgerüstet ist. Dies kann beispielsweise durch Beschichtung mit fluorierten Kohlenwasserstoffverbindungen, beispielsweise Polytetrafluoräthylen, erfolgen.
Bei einer nichtbenetzbaren Ausrüstung der Klemmscheibe 15 ist es vorteilhaft, den Durchmesser der Gasdurchlaßöffnung 17 in Relation zum hydraulischen Durchmesser des Dosierraumes 16 so klein zu machen, daß kapillare Kräfte das Abfließen des Brennstoffes aus dem Dosierraum 16 fördern und nur kleine Restmengen der flüssigen Phase zurückbleiben können. Der Raum der Gasdurchlaßöffnung 17 wird gar nicht mit Flüssiggas gefüllt, da, falls das Ventil, wie üblich, noch in aufrechter Lage des Feuerzeuges geschlossen wurde, auch bei nachfolgender beliebiger Taschenlage kein Flüssiggas in die Öffnung gelangt.
Falls die Klemmscheibe 15 jedoch eine benetzbare Oberfläche aufweist, kann eine Verstärkung des erfindungsgemäßen Effektes erreicht werden, wenn die Öffnung 17 geometrisch derart ausgebildet wird, daß kapillare Wirkungen vermieden werden.
Die Stabilisierung der Flamme nach dem Entzünden erfolgt darüberhinaus besonders schnell, wenn der Ventilkörper 2 derart in den Flüssiggastank vorspringt, daß die Größe des Vorsprunges etwa der Tiefe der Vertiefung 12 entspricht, so daß die Dosierscheibe 14 etwa in der Ebene der Flüssiggastankdecke 20 des Flüssiggastankes 1 liegt.
Während eine vorzugsweise erfindungsgemäße Ausbildung den beabsichtigten Effekt durch eine Dosierung aus der Gasphase heraus bewirkt. streben die vorbekannten Lösungen eine möglichst vollständige und konstante Benetzung bzw. Beaufschlagung der porösen Membran mit der flüssigen Phase an. Infolge der thermodynamischen Verhältnisse ist dabei ein Sieden mit spontaner bzw. periodischer Blasenbildung nicht zu vermeiden, selbst wenn nach dem Vorschlag der FR-PS-2 313 639 der Druckkörper wärmeisolierend ausgebildet ist. Ein Flammen-index von 1,1 bis 1,3 ist zu erwarten.
Der Sättigungsdampfdruck des Flüssiggases hängt bei Verwendung von z. B. Iso-Butan nicht vom Füllstand des Flüssiggastankes 1 ab. Da die vorliegende Erfindung das Gas aus der gasförmigen Phase der Tankfüllung entnimmt, ist ihre Wirkung völlig unabhängig vom Füllstand des Flüssiggastankes 1.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind an Hand der Figuren 5 bis 7 erläutert, die jeweils einen Querschnitt durch den unteren Teil des Ventilkörpers 2 im Bereich der Vertiefung 12 darstellen. Sämtliche Bezugsziffern sind entsprechend Fig. 1 bzw. Fig. 2 gewählt.
Während in Fig. 1 der Dosierraum 16 durch eine Ausnehmung in der Vertiefung 12 gebildet ist, wird er bei der Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 seitlich durch einen Distanzring 18 begrenzt, der, wie die Dosierscheibe 14, durch die Klemmscheibe 15 gasdicht geklemmt ist. Der Distanzring 18 besteht aus einem Kunststoffmaterial hoher Steifigkeit, Druckfestigkeit, Wärmeformbeständigkeit und vorzugsweise niedriger Wärmeleitfähigkeit. Besonders gut eignen sich dafür Bauteile aus Polyimid, beispielsweise eine unter der Markenbezeichnung « Kapton^R», von Du Pont hergestellte Type. Dieser Werkstoff besitzt vor allem auch den Vorteil, daß er etwa die gleiche Wärmedehnung wie Messing besitzt, sodaß bei einer Ausbildung des Ventilkörpers 2 sowie der Klemmscheibe 15 aus Automatenmessing, keine thermischen Spannungen die Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung stören. Der Distanzring 18 kann einfach aus handelsüblichen Folien ausgestanzt werden, was eine sehr billige Fertigung ermöglicht, und es erlaubt, den Durchmesser des Dosierraumes bequem zu verändern. Das Kunststoffmaterial des Distanzringes 18 fördert darüberhinaus auch die Abdichtung der Klemmfläche und vermindert bei der Montage die Gefahr des unbeabsichtigten Abquetschens der Dosierscheibe 14 am Rand des Dosierraumes 16.
Die Ausführungsformen nach den Fig. 6 und 7 entsprechen im wesentlichen jener nach Fig. 5, jedoch ist zwischen Dosierscheibe 14 und dem Boden der Vertiefung 12 eine Zwischenlage 18' (Fig. 6) angeordnet, wobei der von der Zwischenlage 18' gebildete Grund des Dosierraumes 16 die Struktur aufweist. Die Zwischanlage 18' besthet vorzugsweise aus dem selben Kunststoffmaterial wie der Distanzring 18, und ist an seiner, der Dosierscheibe zugewendeten Seite struktuiert.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist die Ausnehmung 16 in einem Körper 18" ausgebildet, der gleichzeitig die Funktion des Distanzringes 18 aus der Fig. 5 und der Zwischenlage 18' aus Fig. 6 hat.
Schließlich besteht die Möglichkeit, die Struktur 22 in beliebiger Kombination der Formen der Erhebungen und Vertiefungen auszubilden. Die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Einrichtung werden schon dadurch wesentlich gesenkt, daß keine voluminösen Bauteile verwendet werden, die hohe Materialkosten verursachen. Auch die Kosten für die mechanische Bearbeitung der Bauteile sind niedrig, da keine großen Materialmengen abzutragen oder keine Bearbeitungen mit hohen Anforderungen an schwer zugänglichen Stellen, beispielsweise in tiefen Sacklöchern, vorzunehmen sind.
Da die erforderlichen Kleinteile durchwegs in sehr seichten Vertiefungen angeordnet sind, ist auch deren Einbau problemlos, und mit relativ einfachen Vorrichtungen zu bewältigen. Dadurch erübrigt sich z. B. die Vormontage der Membrane mittels Ultraschallschweißung, wie die FR-PS-2313638 sie beschreibt.
Die kleinen Dimensionen der Bauteile vermeiden weiters das Auftreten größerer Wärmedehnungen bzw. Wärmespannungen, welche die thermische Stabilität der Flammenhöhe beeinträchtigen. Durch eine geeignete Materialauswahl, die etwa für alle dehnsteifen Bauteile die gleiche Wärmedehnzahl sicherstellt, kann diese Auswirkung noch weiter verbessert werden. Die Anordnung thermisch isolierender Bauteile, wie des Distanzringes 18 gewährleistet eine weitere Verbesserung der thermischen Stabilität.
Die üblicherweise auftretenden Produktionsstreuungen, die innerhalb einer Produktionsserie beträchtliche Unterschiede der Flammenhöhe verursachen können, sind mit der erfindungsgemäßen Einrichtung in rationeller Weise deutlich zu verbessern. Die Einfachheit der erforderlichen Bauteile ermöglicht eine hohe Qualitätskonstanz. Die Anordnung sämtlicher Kleinteile in leicht zugänglichen, seichten Vertiefungen reduziert auch die Wahrscheinlichkeit von Montagefehlern beträchtlich. Sie ermöglicht aber auch eine einfach durchzuführende Kontrolle der Gasdurchlässigkeit der Dosierscheibe 14 sowie eine Selektierung nach den festgestellten Streuungen. Dies kann beispielsweise auf folgende Weise erfolgen :

Nach dem losen Einsetzen der Dosierscheibe 14 und der Klemmscheibe 15 in die Vertiefung 12 des Ventilkörpers 2 wird ein Meßrohr 30 (Fig. 8) durch dessen Inneres ein Gas, z. B. Luft, unter genauer Druck- und Temperatur-kontrolle geleitet werden kann, gegen die Klemmscheibe mit etwa 200 N gedrückt, wobei die Peripherie der Dosierscheibe im Bereich der Ringfläche 13 komprimiert und gasundurchlässig wird, wodurch der Gasdurchfluß nunmehr dem hydraulischen Durchmesser des Dosierraumes 16 entspricht. Dabei liegt vorzugsweise der Ventilsitz 10 auf einem Auflagerohr 31 auf, welches über ein Verbindungsrohr 32 mit einem Durchflußmengensensor 33 verbunden ist. Die durch den Sensor erfaßten Meßwerte werden von einem Rechner aufbereitet, der einen Elektroorientierungsmechanismus 35 der Montiermaschine steuert. Die Messung wird bei einer Temperatur von 25 °C durchgeführt, wodurch der bereits geschilderte Abblendeffekt eines Teils der Poren noch nicht wirksam wurde. Konzentrisch um das Meßrohr 30 ist ein axial bewegbares Bördelwerkzeug 36, dessen axiale Bewegung durch den Mechanismus ausgelöst werden kann, angeordnet, welches den Rand 2a des Ventilkörpers 2 während der Messung noch nicht beaufschlagt. Mit Hilfe des sehr rasch reagierenden Durchflußmengensensors 33 wird in weniger als 0,2 Sekunden gemessen, welche Gasmenge die Dosierscheibe 14 durchströmt und dadurch ein genauer Rückschluß auf die Flammenhöhe ermöglicht. Die Messung wird durch den Rechner überwacht, der die Abweichungen vom Sollwert verarbeitet und entscheidet, ob bei Teilen, die angenommen werden, die Bördelung vorgenommen wird, oder ob auf einer nachfolgenden Arbeitsstation die Dosierscheibe und die Klemmscheibe ausgeworfen werden, und das wertvollere Ventilkörperteil wieder mit einer neuen Dosierscheibe bestückt zur Prüfstation gelangt. Die ausgeworfenen Klemmscheiben werden gesammelt, und können auch wieder verwendet werden, während, die Dosierscheiben mit zu großem oder zu kleinem Gasdurchlaß unverwendbar sind. Es ist wesentlich, daß vom Augenblick der Beaufschlagung der Dosierscheibenperipherie durch die unter dem Druck des Meßrohres 30 stehende Klemmscheibe 15 bis zur Fertigstellung der Bördelung des Randes 2a der Beaufschlagungsdruck nicht verringert wird, da sonst das Material der Dosierscheibe auf Grund der einachsigen Verstreckung seine ursprüngliche, z. B. kreisrunde Form verliert, und ein unbestimmbarer Teil der Dosierscheibenperipherie nach Verlust seiner Porosität durch Schrumpfen über den Dosierraumquerschnitt zu liegen kommen würde, wodurch die Gasmenge während und nach der Messung nicht übereinstimmen wü rde.

Bei vorbekannten Ausführungsformen sind Maßnahmen zur Kontrolle von Durchflußstreuungen wesentlich aufwendiger, und ungeeignete Teile können durch die vor Feststellung der Unverwendbarkeit erfolgte Bearbeitung und Montage nicht von verwendbaren Teilen getrennt werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung betrifft die Veränderung der ursprünglich eingestellten Flammencharakteristik infolge Alterung, die häufig auch ohne erfolgte Benützung auftritt. Die Anwendung eines mikroporösen, einachsig verstreckten Polypropylenfilmes, vorzugsweise aus « Celgard^R 2500 als Material für die Dosierscheibe 14 ohne die Verwendung einer Faserschicht oder die Notwendigkeit eines Dochtes, bringt eine sehr hohe Alterungsbeständigkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung in bezug auf die Konstanz der Flammencharakteristik.
Der einachsig verstreckte Polypropylenfilm ist in der nichtverstreckten Richtung deformierbar, wodurch die Durchflußmenge unbeabsichtigt beeinflußt werden könnte. Deshalb ist es ratsam, den Durchmesser der Ventilbohrung 11 sehr klein auszubilden (z. B. 0,35 bis 0,5 mm) damit sich die Dosierscheibe durch den Gasdruck nicht hineinpressen läßt.
Wie bereits erwähnt, verwendet eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung weder ein Tauchrohr noch einen Docht zum Transport des Flüssiggases zur Membran, sondern gewährleistet einen mit Gasdampf gefüllten Raum zwischen dem Flüssiggasspiegel und der Unterseite des Ventilkörpers, wobei vorzugsweise der zur Klemmung der Dosierscheibe verwendete Druckkörper als dünne Klemmscheibe ausgebildet ist, um das Volumen der an die Dosierscheibe tankseitig anschließenden Gasdurchlaßöffnung klein zu halten, damit der von den Oberflächenkräften zurückgehaltenen Rest von Flüssiggas sofort abrinnt, wenn das Feuerzeug aus einer undefinierten, beispeilsweise liegenden Transportlage zum Entzünden in eine aufrechte Lage gebracht wird.
Bei der Erzeugung von Feuerzeugen, wie z. B. nicht nachfüllbare Taschenfeuerzeuge, muß die Füllmenge des Flüssiggases auf etwa 80 % des Fassungsraumes des Brennstoffbehälters beschränkt werden, wobei die Umgebungstemperatur während des Füllvorganges etwa 20° bis 25 °C ist. Diese Begrenzung ist aus Sicherheitsgründen nötig, da der flüssige Brennstoff bei späterer Lagerung oder beim Gebrauch der Feuerzeuge bei wesentlich höheren Temperaturen, wie z. B. 60 °C, ein explosionsartiges Platzen des Behälters bewirken könnte.
Die Tatsache, daß ca. 20 % des Fassungsvermögens des Behälters von der gasförmigen Phase des Brennstoffes eingenommen werden muß, wird bei den Feuerzeugen der bevorzugten Ausführung genützt, um sicherzustellen, daß die Dosierscheibe und die zu ihrer Klemmung dienenden Bauteile bei aufrechter Handhabung des Feuerzeuges nicht mit dem Flüssigkeitsspiegel des Brennstoffes in Berührung kommen können.

Claims

1. Mit Flüssiggas betriebenes Feuerzeug, insbesondere Taschenfeuerzeug, das ein mit einem Brennerkopf (4) in Verbindung stehendes, verschließbares Ventil am Ausgang einer Ventilbohrung (11), einen Brennstoffbehälter (1) und eine zwischen Brennstoffbehälter (1) und Ventilbohrung (11) angeordnete, unverstellbare Bemessungseinrichtung für die Flammenhöhe umfaßt, die mit einer brennstoffdurchlässigen Dosierscheibe (14) aus porösem Material versehen ist, welche auf ihrer dem Brennstoffbehälter (1) zugekehrten Seite mittels eines eine Durchlaßöffnung (17) für den Brennstoff aufweisenden Bauteils (15) in ihrem Randbereich dicht gegen eine ringförmige, vorzugsweise kreisförmige Fläche (13) gepreßt ist, die eine Ausnehmung umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung mit der Dosierscheibe (14) einen Dosierraum (16) bildet, der ausschließlich mittels der Ventilbohrung (11) mit dem Brennerkopf (4) in Verbindung steht und die Stirnfläche (2') der Ausnehmung ganz oder teilweise mit einer, eine ständige Verbindung zwischen Dosierraum (16) und Ventilbohrung (11) aufrechterhaltenden. Vertiefungen (21) und gegebenenfals Erhebungen aufweisenden Struktur versehen ist, an die sich bei geöffnetem Ventil die mikroskopisch kleine Einzelporen aufweisende Dosierscheibe (14) aus mikroporöser Folie mit zunehmender Druckdifferenz, die temperaturabhängig ist, mehr und mehr Poren verschließend, anlegt.

2. Feuerzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei nur teilweise mit einer Struktur versehener Stirnfläche (2') sich die Dosierscheibe (14) zufolge der Lage der unstrukturierten Flächenbereiche (Abblendflächen 23) zunächst an diese anschmiegt.

3. Feuerzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des Dosierraumes (16) das Zwei- bis Achtfache, vorzugsweise das Drei- bis Vierfache, der Dicke der Dosierscheibe (14) beträgt.

4. Feuerzeug nach Anspruch 1. 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur von der Ventilbohrung (11) aus strahlenförmig verlaufende Rillen (21) enthält.

5. Feuerzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen Nuten (21) mit keilförmigem Querschnitt sind, die anschließend an ihren Seitenkanten Aufwürfe (22) aufweisen, wobei die Tiefe der Nuten auf das Flächenniveau der Abblendflächen (23) bezogen das Vielfache. vorzugsweise das Fünf- bis Zwölffache, der Höhe beträgt, mit welcher die Aufwürfe dieses Flächenniveau überragen.

6. Feuerzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei, vorzugsweise zwischen vier und acht, Rillen oder Nuten (21) vorgesehen sind.

7. Feuerzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierraum (16) in einer ringförmigen Distanzscheibe (18) angeordnet ist.

8. Feuerzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (2') der Ausnehmung von einer Zwischenlage (18') gebildet ist.

9. Feuerzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren der Dosierscheibe (14) schlitzförmig ausgebildet sind und vorzugsweise einen Querschnitt aufweisen, der 0,04 x 0,4 fJ.m beträgt.

10. Verfahren zur Herstellung eines Feuerzeuges nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (21) der Struktur der Stirnfläche (2') mittels eines Prägewerkzeuges, das mindestens eine keilförmig ausgebildete Schneide aufweist, eingeprägt werden, wobei das Prägewerkzeug zwischen den einzelnen Prägevorgängen um einen definierten Winkel um seine Längsachse verdreht wird.

11. Verfahren zur Herstellung eines Feuerzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach losem Einsetzen der Dosierscheibe (14) und des als Klemmscheibe dienenden Bauteils (15) in eine Vertiefung (12) eines Ventilkörpers (2) ein Meßrohr, durch dessen Inneres ein Gas, z. B. Luft, unter genauer Druck- und Temperaturkontrolle geleitet wird, gegen die Klemmscheibe (15) gedrückt und die Dosierscheibe (14) an ihrem Rand gegen die Ringfläche (13) dicht angepreßt wird, wobei die Durchflußmenge mittels eines angeschlossenen Sensors erfaßt und nach Auswertung durch einen Rechner entweder der Rand der Versteifung über die Klemmscheibe gebördelt wird, wodurch die Dosierscheibe und die Klemmscheibe in ihrer dem Meßvorgang entsprechenden Lage festgelegt sind, oder die Dosierscheibe und die Klemmscheibe ausgeworfen werden.