[0001] 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.
[0002] Eine solche Intervallschaltvorrichtung ist in der DE-Patentanmeldung P 33 30 318.5
beschrieben und dient als Taktgeber beim Intervallbetrieb 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.
[0003] 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.
[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß 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 zwischen
Membran und Schließbauteil wirksam ist, die von 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 kommt.
[0005] Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
das Schließbauteil einen 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.
[0006] 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.
[0007] 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 Düsenverstopfung problematisch. Grundsätzlich läßt sich aber
auch anstelle des Kapillarrohrs eine einstellbare Drossel im Druckausgleichssignal
verwenden.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der pneumatischen Intervallschaltvorrichtung
gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil des Gehäuses entlang der Schnittlinie II-II in
Figur 1; und
Fig. 3 eine vergrößerte Seitenansicht der Magnet/Polschuh--Kombination, wie sie in
Figur 2 in Schnittansicht dargestellt ist.
[0011] Die in Figur 1 in Schnittansicht gezeigte Intervallschaltvorrichtung weist ein Gehäuse
1 mit zwei Gehäuseschalen 2 und 3 auf. Eine zwischen den beiden Gehäuseschalen 2 und
3 eingespannte Gummimembran 4 unterteilt den etwa zylindrischen Innenraum des Gehäuses
1 in eine erste Gehäusekammer 5 und eine zweite Gehäusekammer 6. In der unteren Gehäuseschale
2 sind ein Gaseinlaß 7, ein Gasauslaß 8, Verbindungkanäle 9 und 10 und die stationären
Komponenten eines im Verbindungsweg zwischen Gaseinlaß und Gasauslaß angeordneten
Ventils ausgebildet.
[0012] Das Ventil hat einen als Schließbauteil dienenden Ventilteller 11, der in der in
Figur 1 dargestellten Schließstellung des Ventils auf einem mit einer Dichtung versehenen
Ventilsitz 12 in Anlage steht und einen Ventildurchlaß 13 zwischen der ersten Gehäusekammer
5 und dem Gasauslaß 8 abschließt. Der Ventildurchlaß 13 geht über in eine zur Gehäuseachse
14 koaxiale Sackbohrung 15. In letzterer ist ein Dauermagnetpaket, bestehend aus einem
Dauermagneten 20 und Polschuhen 21 (Figur 3) befestigt. Die Polschuhe 21 stehen an
dem dem Ventilteller 11 benachbarten Ende über den Dauermagneten 20 vor. An dem dem
Ventilteller benachbarten Ende der Sackbohrung 15 ist eine Ringnut 16-ausgebildet,
die bei geöffnetem Ventil einen unge-
hinderten Gasdurchtritt vom Gaseinlaß 7 über den Verbindungskanal 9, die erste Gehäusekammer
5,
. den Ventildurchlaß 13 zum Verbindungskanal 10 des Gasauslasses 8 gewährleistet, und
zwar unabhängig von der Einbaulage der Magnetkombination 20, 21.
[0013] Der Ventilteller 11 besteht bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zunmindest
teilweise aus magnetisierbarem Material und wird daher in der dargestellten Schließstellung
vom Dauermagneten 20 an den Ventilsitz 12 angezogen. In alternativer Ausführung könnte
im Ventilteller bzw. im Schließbauteil 11 auch ein Ringmagnet eingebaut sein, der
entweder mit einem entsprechenden Gegenpol eines dem Ventilsitz zugeordneten Magneten
oder mit einem magnetisierbaren Bauteil des Ventilsitzes magnetisch zusammenwirkt.
[0014] Der Ventilteller 11 ist in hängender Anordnung über einen starren Schaft 23 mit einem
Ende eines gasdichten Gummibalgs 24 verbunden. Das andere Ende des dem Schaft übergestülpten
Gummibalgs 24 ist gasdicht mit der Membran 4 verbunden. Ein Druckausgleichskanal 25
verläuft konzentrisch zur Gehäuseachse 14 durch den gesamten Schließbauteilschaft
23 und verbindet den zum Gasauslaß 8 offenen Ventildurchlaß 13 mit der zweiten Gehäusekammer
6. In dem als Durchgangsbohrung ausgebildeten Druckausgleichskanal 25 ist ein Kapillarrohr
28'fest eingebaut, dessen Länge und Querschnitt den Strömungswiderstand des
Druckausgleichskanals bestimmen und, wie nachfolgend bei der Funktionsbeschreibung
erläutert werden wird, die Schaltzeitkonstante maßgeblich beeinflussen.
[0015] Das aus Ventilteller 11 und Schaft 23 bestehende Schließbauteil ist entlang der Gehäuseachse
18 zum Öffnen und Schließen des Ventils verschiebbar. Auf dem Schaft 23 ist eine starre
Hülse 26 aus Kunststoff oder Metall verschiebbar gelagert. Diese Hülse 26 ist mit
dem auslenkbaren Teil 40 der Membran 4 bewegungsgekoppelt. Nach Ausführen eines vorgegebenen
Bewegungshubes der Membran 4 bzw. des auslenkbaren Teils 40 stößt die Hülse 26 mit
ihrer oberen Stirnfläche gegen einen mit dem Schaft 23 fest verbundenen Anschlag 27
und nimmt über den Anschlag 27 das gesamte Schließbauteil in Richtung der Gehäuseachse
14 mit. Dabei wird die den Ventilteller 11 auf der Sitzfläche 12 haltende Magnetkraft
überwunden.
[0016] Der Balg 24 ist als federndes Bauteil ausgebildet und wirkt bei dem in Figur 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel als Druckfeder, die sich bei Zusammendrücken in Richtung der Gehäuseachse
14 auflädt und bei Abreißen des Ventiltellers 11 von der Sitzfläche 12 sprungartig
unter Ausdehnung entlädt. Diese Federfunktion des Balges 24 führt zu einer schlagartigen
Öffnungsbewegung des Ventiltellers 11, sobald die Hülse 26 an dem Anschlag 27 zur
Anlage kommt.
[0017] In eine Gehäusebohrung 30 ist eine Stellschraube 31 einge
- schraubt, an der sich eine den Teil 40 der Membran 4 in die in Figur 1 dargestellte
Endposition drängende Druckfeder 32 abstützt. Durch Verdrehen der Schraube 31 können
die Vorspannung der Feder 32 und damit die Auslenkcharakteristik der Membran 4 und
die Schaltzeitkonstante der Intervallschaltvorrichtung geändert werden.
[0018] Die Funktionsweise der zuvor beschriebenen Intervallschaltvorrichtung ist wie folgt:
In drucklosem Zustand des Gaseinlasses 7 und damit der ersten Gehäusekammer 5 ist
auch die auf der anderen Seite der Membran 4 angeordnete zweite Gehäusekammer 6 drucklos,
und die Membran 4 befindet sich in der in Figur 1 dargestellten Endposition, bei der
der Ventilteller 11 von der Magnetkombination 20, 21 auf der Sitzfläche 12 gehalten
wird. Bei Druckbeaufschlagung der ersten Gehäusekammer 5 über den Gaseinlaß 7 wird
die Membran 4 bzw. der Teil 40 in Richtung der oberen, zweiten Gehäusekammer 6 ausgelenkt.
Die mit dem Teil 40 bewegungsgekoppelte starre Hülse 26 nähert sich dem Anschlag 27.
Dabei bleibt der Ventilteller 11 unter Einfluß des Magneten 20, 21 fest auf der Sitzfläche
12, und der Federbalg 24 wird entsprechend zusammengedrückt. Sobald die obere Stirnfläche
der Hülse 26 gegen den Anschlag 27 trifft, wird der gesamte Schließbauteil 11, 23
in Richtung der Gehäuseachse 14 angehoben und der Ventilteller 11 von der Sitzfläche
abgehoben. In diesem Augenblick wird die dem Balg 24 zugeordnete, zuvor aufgeladene
Feder frei und entspannt sich unter sprungartiger Beschleunigung der Öffnungsbewegung
des Ventiltellers 11. Der Ventildurchlaß 13 wird daher ruckartig vollständig freigegeben,
und das Gas kann vom Gaseinlaß 7 zum Gasauslaß 8 strömen. Der Druck in der ersten
Gehäusekammer 5 kann sich bei geöffnetem Ventil über den Druckausgleichskanal 25 zur
zweiten Gehäusekammer 6 hin ausgleichen. Der durch das Kapillarrohr 28 gebildete Strömungswiderstand
bestimmt die Zeit bis zum vollständigen Druckausgleich zwischen den Kammern 5 und
6. Sobald der Druckausgleich hergestellt ist, wird der bewegliche Teil 40 der Membran
4 von der Druckfeder 32 wieder in die in Figur 1 dargestellte Endposition zurückgestellt.
Der Druck der zweiten Gehäusekammer 6 baut sich jetzt rückläufig über den Druckausgleichskanal
25 und den Gasauslaß 8 ab. Danach beginnt ein neuer Schaltzyklus, bedingt durch den
Druckunterschied zwischen der ersten Gehäusekammer 5 auf der einen Membranseite und
der zweiten Gehäusekammer 6 auf der anderen Membranseite.
[0019] Der Federbalg 24 kann in Abwandlung des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels
auch als Schraubenfeder ausgebildet sein. Dabei muß für einen ausreichend gasdichten
Abschluß zwischen dem Schaft 23 des Schließbauteils und der mit der Membran 4, 40
verbundenen Hülse 26 gesorgt werden.
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, dadurch 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 (1.1, 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 Bewegungs
hub 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. Intervallschaltvorriehtung 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.