PNEUMATIC INTERVAL SWITCHING MECHANISM

Abstract: Pneumatic interval switching mechanism as clock for cooking and heating appliances, in which a valve with a stationary valve seat (12) and with a closing component (11, 23), which is movable along a housing axis (14), is arranged in the connection path between housing inlet (7) and housing outlet (8). The closing component is held in the closed position by two interacting magnetic components (20, 11). An axially deflectable rubber diaphragm (4) divides the housing interior into two housing chambers (5, 6), one of which (5) being connected to the inlet (7) and the other, via a pressure equalisation channel (25) containing a capillary tube (28), to the outlet (8). A carrier device (26, 27) is movement-connected to the diaphragm (4) in such a manner that it only carries the closing component (11, 23) along after a given diaphragm travel. During this idle travel, a spring (24) is loaded, which is relieved during raising of the closing component, accelerating the raising movement. <IMAGE>

Description: Pneumatische Intervallschaltvorrichtunq Die Erfindung bezieht sich auf eine pneumatische Intervallschaltvorrichtung, insbesondere zur Verwendung in einem Kochoder 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 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. 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 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. 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. 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 Düsenverstopfung 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 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. 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. 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 Ven tildurchlass 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 ungehinderten 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. 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. 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 Schaltzeit konstante massgeblich beeinflussen. 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 Stirnf-läche gegen einen mit dem Schaft 23 fet 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. Der Balg 24 ist als fed-erndes 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 Areinen des Ventiltellers 11 von der Sitzfläche 12 sprungartig unter Ausdehnung entlädt. Diese Federfunktion des Balges 24 führt zum einer schlagartigen Öffnungsbewegung des Ventiltellers 11, sobald die Hülse 26 an dem Anschlag 27 zur Anlage kommt. In eine Gehäusebohrung 30 ist eine Stellschraube 31 eingeschraubt, 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 Ausleakcharakteristik der Membran 4 und die Schaltzeitkonstante der Intervallschaltvorrichtung geändert werden Die Funktionsweise der zuvor beschriebenen Intervallschaltvorrichtung ist wie folgt: : In drucklosem Zustand des Ga-seinlasses- 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 wirdt 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. 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.

Claims: A pneumatic interval switching mechanism in particular for use in a cooker or a heater, said switching mechanism comprising a body (1) with a gas inlet (7) and a gas outlet (8), a valve arranged in the passage therebetween, said valve having an obturator (11, 23) for blocking a port which may be retained on a valve seat (12) by two magnetically interacting members (20, 21) and lifted off said seat (12) in a direction of movement (14) and a diaphragm (4) which may be deflected in said direction of movement (14) and separates the space in said body into two chambers (5, 6), the first chamber (5) communicating with said gas inlet (7) and the second chamber (6) communicating with said gas outlet (8) via a pressure equalization duct (25), characterized in that one of said two magnetically interacting members (20, 21) is permanently mounted on said stationary valve seat (12) and the other one of said two magnetically interacting members is mounted for movement with said obturator (11, 23), that said pressure equalization duct (25) extends from the side facing the port (13) of said valve through said obturator (11, 23) into said second chamber (6) and comprises a flow resistor (28) influencing the switching interval of said mechanism, that a carrier means (26, 27) for lifting said obturator (11, 23) off said valve seat (12) is coupled with said diaphragm (4) in a manner causing said obturator to be lifted off said valve seat (12) only following a predetermined diaphragm deflection and that a spring (24) acts between said diaphragm (4, 40) and said obturator (11, 23), and is loaded by an initial diaphragm deflection and unloaded as said obturator (11, 23) is lifted off said valve seat, thereby suddenly accelerating the opening movement of said obturator. An interval switching mechanism according to claim 1 characterized in that said obturator comprises a valve disk (11) consisting at least in part of magnetizable or magnetic material and a valve stem (23) firmly connected with said disk and ending in said second chamber (6), said pressure equalization duct (25) running coaxially through said stem (23), and that stem (23) passes through a central opening in said diaphragm (4, 40) and is firmly connected with one end of said spring (24) at its extreme end. An interval switching mechanism according to claim 1 or 2 characterized in that gas-tight bellows (24) expandable in said direction of movement (14) are connected with said obturator (11, 23) and with said diaphragm (4, 40). An interval switching mechanism according to claim 3 characterized in that said bellows are rubber belows (24) surrounding said obturator (23), the walls of said bellows serving as said spring acting between said diaphragm (4, 40) and said obturator (11, 23). An interval switching mechanism according to claim 4 characterized in that said valve disk (11) is suspended from said bellows (24) via said stem (23). An interval switching mechanism according to any of claims 1 through 5 characterized in that a capillary tube (28) is arranged inside said pressure equalization duct (25), the cross-section and the length of said capillary tube determining the flow resistance across said pressure equalization duct. An interval switching mechanism according to any of claims 1 through 5 characterized in that an adjustable throttling means determining the flow resistance across said pressure equalization duct (25) is arranged inside said pressure equalization duct. An interval switching mechanism according to any of claims 2 through 6 characterized in that said carrier means comprises a sleeve (26), which may move on said stem (23) of said obturator and is coupled with said diaphragm (4, 40) to move together with said diaphragm, and a stopper (27) firmly connected with said stem, said stopper being in the path of sleeve movement. An interval switching mechanism according to any of claims 1 through 8 characterized in that said valve port (13) accommodates a bore (15) concentric with said valve seat (12) and coaxial with said direction of movement (14), a permanent magnet (20) being firmly mounted therein. An interval switching mechanism according to claim 9 characterized in that said permanent magnet (20) is arranged between two pole shoes (21), the ends of said pole shoes facing said obturator protruding from the face of said permanent magnet, and that said bore (15) comprises an annular groove (16) communicating with said valve outlet (8) in the vicinity of the protruding ends of said two pole shoes (21). An interval switching mechanism according to any of claims 1 through 10 characterized in that said diaphragm (4) is compressed into a final position corresponding to the closed position of said obturator (11, 23) by means of a compression spring (32) supported by said body (1). An interval switching mechanism according to claim 11 characterized in that said compression spring (32) is supported by a setting screw (31) inserted gastight coaxially or in parallel into said body (1), and that the spring force acting on said diaphragm (4, 40) may be adjusted in the direction of movement (14) of said obturator (11, 23) by changing the position of said setting screw. An interval switching mechanism according to any of claims 1 through 12 characterized in that said body (1) is formed by two body parts (2, 3) between which said diaphragm (4, 40) is held.

Inventors: KORSMEIER, WILHELM
Applicants: RUHRGAS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1986
Main classification: F24C3
IPC codes: F24C3