Türschliesser mit Fluid-Drosselventil mit thermostatischer Drosselung, zum Ausgleich der Fluidviskositätsänderung bei schwankender Temperatur

Abstract

 Das Drosselventil des Türschliessers weist einen Abschnitt (5) mit gekrümmtem Verlauf auf. Zusammen mit dem thermostatischen Drosselkörper (3) ergibt sich damit eine im wesentlichen temperaturunabhängige Fluiddurchflussmenge im Türschliesser.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Türschliesser mit einem in einem Gehäuse abhängig von der Türbewegung verschieblichen, fluidgedämpften Kolben, durch welchen Kolben das Fluid durch mindestens einen Strömungskanal und mindestens ein im Strömungskanal angeordnetes, einstellbares Drosselventil förderbar ist, welches Drosselventil einen thermostatischen Drosselkörper aufweist, um die Abhängigkeit der Fluiddrosselung von der temperaturbedingten Viskositätsänderung des Fluids zu vermindern.

[0002] Um den Einfluss von Temperaturänderungen bzw. der dadurch bewirkten Viskositätsänderung des im Türschliesser verwendeten Oels zu vermindern, ist es bekannt, die Drosselventile in den Strömungskanälen als sogenannte thermostatische Drosselventile auszuführen. Der Drosselkörper ist dabei als temperaturabhängiger Dehnstab ausgeführt, der einen nadelförmigen Ventilbereich mit linearer Kontur besitzt und diesen temperaturabhängig mehr oder weniger weit in die Fluidströmung einführt.

[0003] Die bekannten thermostatischen Drosselventile haben den Nachteil, dass sie zuwenig genau arbeiten. Der Grund liegt darin, dass die Viskositätsänderung des Oeles bei Temperaturschwankungen nicht linear ist, und dass der Ausdehnungs-Koeffizient des Stabes ebenfalls nicht linear ist. Zudem soll bei klein eingetelltem Drosselspalt dieser bei Temperaturschwankungen (bei max. Schliesskraft oder/ und langsamer Schliesszeit) nur wenig vergrössert oder verkleinert werden. Bei gross eingestelltem Drosselspalt soll dieser bei Temperaturschwankungen (bei min. Schliesskraft oder/und schneller Schliesszeit) jedoch entsprechend mehr vergrössert oder verkleinert werden.

[0004] Daraus ergibt sich, dass eine gleichbleibende Oeldurchflussmenge bei verschiedenen Temperaturen mit einem solchen thermostatischen Drosselventil nicht erreicht werden kann.

[0005] Wird ein bei Raumtemperatur und einer Laufzeit von 5 Sekunden (nach DIN) eingestellter Türschliesser Temperaturschwankungen unterworfen, so wirkt sich das wie folgt aus:
   Sinkt die Temperatur, so muss der Dehnstab den Drosselspalt so weit öffnen, dass wieder das gleiche Oelvolumen in der gleichen Zeit durchfliesst. Diese Anforderung erfüllt er jedoch nicht, denn mit zunehmend sinkenden Temperaturen wird der Drosselspalt zuwenig geöffnet und somit nimmt das Oeldurchflussvolumen ab. Das gleiche Bild zeigt sich bei steigenden Temperaturen, da der Drosselspalt linear verkleinert wird und somit die Oeldurchflussmenge abnimmt (Figur 1b). Diese schlechte Regelung wird zudem noch verschlechtert, da alle modernen Türschliesser mit einstellbarer Schliesskraft versehen sind und somit mit kleinem Drosselspalt (grosse Schliesskraft) oder mit grossem Drosselspalt (kleine Schliesskraft) eingestellt werden.

[0006] Dass die bisherigen Drosselventile nicht die gewünschten Anforderungen erfüllen konnten, geht schon daraus hervor, dass Schliesszeitschwankungen von 3-20 Sekunden bei Temperaturschwankungen von plus 40 bis minus 15 Grad Celsius nach DIN-Norm 18236 erlaubt sind. Dies bedeutet, dass das Drosselventil bei veränderten Temperaturen mehrmals jährlich neu eingestellt werden muss.

[0007] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Türschliesser zu schaffen, welcher diese Nachteile nicht aufweist. Es soll also die einmal eingestellte Schliessgeschwindigkeit (Oeldurchflussmenge) auch bei Temperaturänderungen konstant bleiben.

[0008] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Drosselkörper oder der Strömungskanal mindestens einen Abschnitt mit einem gekrümmten Verlauf der Drosselkörperwandung bzw. der Strömungskanalwandung aufweist, derart, dass sich der Drosselspalt für das Fluid bei der thermostatischen Einstellung des Drosselventils nicht linear ändert, um eine im wesentlichen temperaturunabhängige Fluiddurchflussmenge durch das Drosselventil zu bewirken. Bevorzugterweise ist der Drosselkörper eine Drosselnadel mit variablem, stetig änderndem Drosselwinkel.

[0009] Der Drosselwinkel kann sich zwischen 0-90° bewegen. Mit diesem Drosselventil mit unendlich vielen Drosselwinkeln (Kurve) kann somit gewährleistet werden, dass bei verschiedenen Temperaturen immer das gleiche Oelvolumen durchfliesst. Es spielt auch keine Rolle auf welchen Drosselspalt (klein oder gross) das Ventil in der Grundeinstellung eingestellt worden ist.

[0010] Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figuren 1a - 1c Diagramme für die Abhängigkeit von Oeldurchfluss und Temperatur für verschiedene Drosselventile nach Stand der Technik bzw. gemäss der Erfindung;

Figur 2 eine erste Ausführungsform des Drosselventils;

Figur 3 eine zweite Ausführung des Drosselventils, und

Figur 4 eine Ausführung mit besonders geformtem Strömungskanal.

[0011] Figur 1a zeigt die Abhängigkeit von Oeldurchfluss und Temperatur bei einem Drosselventil ohne thermische Korrektur. Figur 1b zeigt dasselbe Verhältnis bei einem thermostatischen Drosselventil mit linearem Drosselspalt und Drosselwinkel nach Stand der Technik. Figur 1 zeigt weiter die Abhängigkeit der genannten Grössen beim erfindungsgemässen Ventil, bei dem die verbliebenen unerwünschten Abweichungen von der idealen Kurve des thermostatischen Ventils von Figur 1b durch den nichtlinearen Drosselspalt bzw. den nichtlinearen Drosselwinkel aufgehoben sind.

[0012] Figur 2 zeigt einen Teil eines Strömungskanals 1 im Gehäuse 2 eines Türschliessers. In dem Gehäuse 2 ist der als Drosselnadel 3 ausgeführte Drosselkörper vorgesehen. Dieser kann durch Drehung mittels Gewinde am Drosselkörper und im Gehäuse (nicht dargestellt) auf bekannte Weise mehr oder weniger in den Strömungskanal eingeführt werden, um das dort strömende Fluid (Oel) zu drosseln. Auf diese Weise wird eine Grundeinstellung des Ventils vorgenommen.

[0013] Der Drosselkörper ist weiter auf bekannte Weise als temperaturabhängiger Dehnstab ausgeführt, der eine temperaturabhängige Einstellung des Ventils, ausgehend von der Grundeinstellung, selbsttätig vornimmt, indem der sich temperaturabhängig ausdehnende bzw. zusammenziehende Drosselkörper den Fluidfluss entsprechend hemmt bzw. freigibt. Es wird ein Material mit hohem Wärmeausdehnungs-Koeffizienten verwendet, z.B. aus Polyoxylmethylen (POM) Acetalharz.

[0014] Bei der gezeigten Ausführung erfolgt die Drosselung durch die Flanke des quer zur Strömung angeordneten Drosselkörpers.

[0015] Neu ist nun, dass der vordere Abschnitt 5 der Drosselnadel, welcher bis anhin immer linearen Verlauf aufgewiesen hat, einen gekrümmten Verlauf aufweist, derart, dass sich der Drosselwinkel a mit zunehmender Grösse des Drosselspaltes 4 vergrössert. Als Drosselwinkel ist dabei der Winkel zwischen dem linearen Abschnitt und der Tangente an den gekrümmten Abschnitt im Drosselspalt 4 bezeichnet.

[0016] Der Drosselwinkel vergrössert sich mit zunehmendem Strömungsspaltquerschnitt. Der Drosselwinkel verkleinert sich mit zunehmender Verengung des Drosselspaltes.

[0017] Die sich aus den Drosselwinkeln ergebende Drosselkurve (Drosselprofil) kann durch Computersimulation oder durch Versuche eruiert werden.

[0018] Mit diesem neuen Drosselventil, welches unendlich viele Drosselwinkel hat, ist es nun möglich, dass die einmal eingestellte Oeldurchflussmenge bei schwankenden Temperaturen immer konstant ist. Die nun möglichen auftretenden Schwankungen der Oeldurchflussmenge bei Temperaturschwankungen ist nur noch bedingt durch Toleranzen der Drosselkurve und Qualitätsschwankungen des Oels (Viskositätsindexschwankungen).

[0019] Figur 3 zeigt einen längs im Strömungskanal angeordneten Drosselkörper, wobei die Drosselung mit der Spitze des Drosselkörpers erfolgt. Gleiche Bezugszeichen wie vorstehend bezeichnen gleiche Elemente.

[0020] Um eine möglichst feine Einstellung des Drosselventils zu erreichen, muss der Drosselwinkel möglichst klein sein. Dieses bedingt einen möglichst langen Dehnschaft (Dehnstab) und einen möglichst hohen Ausdehnungs-Koeffizienten des dazu verwendeten Materials.

[0021] Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform. Dabei ist der Drosselkörper von üblicher Gestalt gemäss Stand der Technik, also mit linearem Verlauf der Wandung des vorderen Drosselkörperbereichs. Bei dieser Ausführung ist dafür der Strömungskanal derart geformt, dass sich ebenfalls eine Temperaturunabhängige Drosselung des Fluids ergibt.

[0022] Das beschriebene Ventil kann auch für beliebige andere Anwendungen als bei einem Türschliesser verwendet werden, wenn der Fluss eines Fluids viskositätsunabhängig gemacht werden soll. Das Drosselventil kann also unabhängig von einem Türschliesser verwendet werden und stellt für sich selber eine Neuheit dar. Insbesondere in der Raum- und Luftfahrthydraulik, wo die Temperaturschwankungen besonders gross sind, und wo eine konstante Fluiddurchflussmenge bei schwankenden Temperaturen verlangt wird, ist das neue thermostatische Ventil mit nichtlinearer Ventilkurve vorteilhaft.

Ansprüche

1. Türschliesser mit einem in einem Gehäuse abhängig von der Türbewegung verschiebbaren, fluidgedämpften Kolben, durch welchen Kolben das Fluid durch mindestens einen Strömungskanal und mindestens ein im Strömungskanal angeordnetes, einstellbares Drosselventil förderbar ist, welches Drosselventil einen thermostatischen Drosselkörper aufweist, um die Abhängigkeit der Fluiddrosselung von der temperaturbedingen Viskositätsänderung des Fluids zu vermindern, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkörper oder der Strömungskanal mindestens einen Abschnitt mit einem gekrümmten Verlauf der Drosselkörperwandung bzw. der strömungskanalwandung aufweist, derart, dass sich der Drosselspalt für das Fluid bei der thermostatischen EInstellung des Drosselventils nicht linear ändert, um eine im wesentlichen temperaturunabhängige Fluiddurchflussmenge durch das Drosselventil zu bewirken.

2. Türschliesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkörper eine Drosselnadel ist und dass der Drosselwinkel der Drosselnadel, definiert als Winkel zwischen einer Mantellinie der Drosselnadel im geraden Nadelbereich und der Tangente an diese Mantellinie im gekrümmten Nadelbereich am Ort des Drosselspaltes, sich entlang des gekrümmten Verlaufs der Drosselkörperwandung stetig ändert.

3. Türschliesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Drosselwinkel mit zunehmendem Drosselspaltquerschnitt, bzw. sinkender Temperatur, vergrössert.

Zeichnung