DE2935299C2 - Fluid-Zeitglied, insbesondere pneumatisches Zeitglied zur Verwendung in Haushaltgeräten, wie elektrischen Brotröstern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fluid-Zeitglied gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1, insbesondere zur Verwendung in Haushaltgeräten wie elektrischen Brotröstern.

Aus der deutschen Patentschrift 26 24 578 ist ein

bekannt, bei dem eine kegelförmige Düsennadel in einer kegeligen Düse axial verschiebbar ist um den Drossclspalt dazwischen zu verstellen. Auch bei kleinen Durchmessern von wenigen Millimetern von Düse und Düscnnadel liegt die Breite des erforderlichen Drossclspaltes im &mgr;-Bereich und die Toleranzen und die Geometrie der Teile muß noch um eine Potenz genauer sein. Die erforderlichen Toleranzen sind in einer Großserien-Fertigung, vor allem bei Herstellung der Teile im Gießverfahren, insbesondere aus thermoplatischen Kunststoffen, kaum einhaltbar, was z. B. dazu führt, daß sich die Laufgeschwindigkeit und damit die Laufzeit bei gleichmäßiger Axialverschiebung der Düsennadel nicht gleichmäßig mitverändert und die Kennlinie Einbrüche aufweist. Dies bedeutet, daß z. B. bei Verstellung der Düsennadel in Richtung auf längere Laufzeiten tatsächlich ingewissen Bereichen der Kennlinie kürzere Laufzeiten erzielt werden.

&iacgr;&ogr; Aus der DE-PS 11 97 161 ist ein pneumatisches Zeitglied bekannt, mit einer Drosselstelle in Form eines flachen pyramidenförmigen Trichters, dem die Luft an seiner Spitze zugeführt wird und in den eine Kugelkappe aus einem gummielastischen Material mehr oder weniger eingepreßt wird. Je nach Druckausübung verformt sich die Kugelkappe um die Luftdurchtrittskanäle entlang den Pyramidenkanten zu verkleinern oder zu vergrößern. Nachteilig ist dabei, daß bei leichten Auflagedrückcn die Kugclkappc sieh leicht weiter abplatten läßt

?<i und Slellbcwegungen einer Stellschraube weitgehend in Slellbcwegungen der Kugclkappc umgesetzt werden, während, sobald eine stärkere Abplattung stattgefunden hat, ein Teil der Stellbewegung dadurch verloren geht, daß nicht unmittelbar mit der Drcsselstelle zusammenwirkende Teile der Kugelkappe bei der nun stärkeren Druckausübung gummielastisch verformt werden. Ein gewisses Problem bei der Verwendung gummielastischer Bauteile stellt auch ihre höhere Alterungsanfälligkeit bei erhöhten Temperaturen, wie sie

z. B. in Brotröstern auftreten, dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Zeitglied der eingangs beschriebenen Art die Kennlinie zu vergleichmäßigen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmalskombination des Kennzeichens des Anspruches 1.

Diese Lösung hat den wesentlichen Vorteil, daß die Kennlinie bzw. die Drosselcharaktcristik weitgehend linear verläuft. Bei dem eingangs beschriebenen bekannten Zeitglied gemäß der DE-PS 26 24 578 wird mit einer linearen Stellbewegung auch der Drosselspalt linear schmä'.er gemacht, wodurch jedoch der Drosselwiderstand progressiv exponentiell zunimmt und damit die Kennlinie gegen die längere Laufzeit hin exponentiell ansteigt. Bei der vorgeschlagenen Lösung erfolgt bei linearer Stellbewegung die Verringerung des Drosselspaltes degressiv exponentiell und wirkt damit der unproportionalen Veränderung des Drosselwiderstandes entgegen, was zu einer geradlinigeren Kennlinie führt. Düse und Düscnnadel wirken aufeinander ein und passen sich aneinander an, wodurch reproduzierbare Bedingungen erzielt werden, auch wenn die Teile Fertigungstoleranzen im Bereich von einem Hundertstel Millimeter aufweisen.
Zur Vereinfachung der Fertigung und Vergleichmäüigung der Reibung bei einer drehenden Düsennadel weist vorteilhafterweise ein Teil eine runde Querschnittsform und das andere Teil eine unrunde Querschnittsform auf. Dabei kann das Teil mit der unrunden Qusrschr.ittsfcrrr¹. an drei oder tn?hr um dp.n Umfang verteilten Stellen an der unrunden Querschnittsform anliegen. Dabei reihen sich ähnliche Profile axial aneinander, so daß die Anlagestcllen der Querschnitte jeweils angenähert axial verlaufenden Anlagclinien ergeben. Die Steilheit der Kennlinie des Zcitglicdcs hängt dabei von der Zahl der Anlagcstellcn bzw. Anlagclinicn /wischen den Teilen ab.

Gemäß einer bevorzugten Ausluhrungsform ist der Querschnitt der Düse unrund, indem sie eine runde

Grundform besitzt, die von Sekanten-Flächen unterbrochen wird. Die Düsennadel mit rundem Querschnitt liegt an den Sekanten-Flächen an, von denen vorzugsweise mindestens drei vorhanden sind.

Wenn die Düse und/oder die Düsennadel aus Kunst- S stoff bestehen, können sie durch Metallledern z. B. in Form von federelastischen Metallringen dauerelastisch verstärkt sein. In den meisten Fällen sind jedoch die auftretenden Kräfte so gering, daß der Kunststoffsich auch bei längerer Beibehaltung einer Einstellung nur elastisch und nicht auch plastisch verformt. Wenn das unrunde Teil massiver und das runde Teil verformbarer ausgeführt sind, kann es zweckmäßig sein, bei der Verwendung von Kunststoff die Düsennadel fest mit einer Stellschraube zu verbinden, so daß sie bei Verstellungen gedreht wird und damit jeweils andere Stellen des runden Teiles in Anlage an die Rippen des unrunden Teiles kommen, wodurch einer Materialermüdung entgegengewirkt wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in einem vertikalen Schnitt ein in ein Steuergehäuse eines Brotrösters eingebautes pneumatisches Zeitglied mit einer stark schematisiert dargestellten Drosselstelle;

Fig. 2 im gleichen Vertikalschnitt einen Ausschnitt des Zylinderdeckels des Zeitgliedes mit der Drosselstelle;

Fig. 3 einen Schnitt im wesentlichen entlang der Linie IH-III in Fig. 2, leicht vergrößert;

Fig. 4 in einem Schnitt entsprechend dem der Fig. 3 abgewandelte Ausführungsformen von Düse und Düsennadel;

Fig. 5 in einem Schnitt entsprechend dem der Fig. 3 eine weitere abgewandelte Ausführungsform von Düse und Düsennadel und

Fig. 6 ein Diagramm mit Kennlinien.

Das in Fig. 1 dargestellte pneumatische Zeitglied 2 ist in ein Steuergehäuse 4 eines nicht näher dargestellten Brotrösters eingebaut und weist einen Zylinder 6 auf. Im Zylinder 6 ist ein Kolben 8 angeordnet, der durch eine Druckfeder 9 nach oben vorgespannt ist und eine Kolbenstange 10 aufweist, die sich durch eine bodenseitige Führung 12 des Zylinders 6 erstreckt Ein Aufzugsschieber 14 ist, die Wandung des Steuergehäuses 4 durchsetzend, in einem Schlitz 16 dieser Wandung geführt und weist an der Außenseite des Gehäuses einen Aufzugs-Handgriff 18 und an der Innenseite horizontal nach innen vorspringend einen Betätigungsarm 20 auf. Unter diesen Betätigungsarm 20 greift ein sich seitlich vom unteren Ende der Kolbenstange 10 wegerstreckender Betätigungsansatz 22.

Deckseitig ist der Zylinder 6 durch einen Zylinderkopf 24 verschlossen, der von einem daran ausgebildeten vertikalen Rohransatz 26 durchsetzt wird. In dem Rohransatz 26 ist eine stark schematisiert dargestellte Drosselstelle 28 angeordnet. Der nach außen bzw. oben vom Zylinder wegragende Teil des Rohransatzes 26 weist ein Aubengewinde Ti auf, auf das eine Steiischraube 30 mit einem Innengewinde 31 geschraubt ist, an der zentral nach unten ragend eine die Drosselstelle einstellende Düsennadel 32 sowie eine deckseitige Luftauslaßöffnung 34 ausgebildet sind.

Zieht man mit dem Aufzugsschieber 14 den Kolben 8 nach unten so strömt Luft an seiner Manschette vorbei in den oberen Zylinderraum. Die Druckfeder 9 drückt, sobald der Schieber 18 losgelassen wird, den Kolben 8 nach oben und drückt dabei die darüber befindliche Luft durch die Drosselstelle 28, von deren Einstellung die Laufgeschwindigkeit des Kolbens und damit die Laufdauer des Zeitgliedes abhängt. Der Kolben 8 gleitet unter Mitnahme des Aufzugsschiebers 14 langsam nach oben und betätigt in einer gewissen Höhe eine von der Einstellung der Drosselstelle abhängende Zeitspanne nach dem Loslassen des Aufzugsschiebers 14 einen z. B. in der deutschen Patentschrift 26 24 578 näher dargestellten Auslösemechanismus.

In den F i g. 2 und 3 ist die Drosselstelle 28 näher dargestellt. Der in den Zylinder ragende Teil des den Zylinderdeckel 24 durchsetzenden Rohransatzes 26 ist als sich nach unten hin gleichmäßig verjüngende Düse 40 ausgebildet. Die Düse 40 ist im Querschnitt im wesentlichen kreisringförmig, weist jedoch an der Innenseite sich im wesentlichen axial erstreckende, gleichmäßig um den Umfang verteilte Sekanten-Flächen auf. Diese Sekanten-Flächen werden bei Herstellung des Zylinderkopfes mit der Düse als Kunststoff-Spritzgußteil sehr einfach dadurch erhalten, daß an dem die Düse bildenden Kern der Gießform nach dar Herstellung als Drehteil Flächen angeschliffen werden. Die ebenfalls sich nach unten hin verjüngende Düsennadel 32, die durchgehend einen runden Querschnitt aufweist, liegt in dem praktisch verwendeten Regelbereich an diesen Sekanten-Flächen 42 an und spannt diese je nach ihrer Stellung bzw. Eintauchtiefe mehr oder weniger auseinander, wodurch die dazwischen liegenden Wandabschnitte der Düse 40 näher an die Außenfläche der Düsennadel herangezogen werden und die drei zwischen den Sekanten-Flächen gebildeten Düsenkanäle schmäler werden. Mit zunehmender Eintauchtiefe verlangsamt sich dieses Schmälerwerden der Düsenkanäle 44 exponentiell, was in Zusammenwirken mit der exponentiellen Widerstandssteigerung bei linearem Schmälerwerden der Drosselkanäle in Richtung auf eine Begradigung der Kennlinie der Drosselstelle 6 bzw. des Zeitgliedes 2 wirkt. Bei Herstellung der Düse aus Kunststoff kann es zweckmäßig sein, auf deren Außenseite eine in den Fig. 2 und 3 in unterbrochenen Linien angedeutete federelastische Metallhülse aufzuschieben, um die Rückstellkräfte der Düse zu verstärken und bleibenden Verformungen z. B. durch Alterung des an sich federelastischen Kunststoffes vorzubeugen.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Form der Drosselstelle, bei der eine Düse 440 im Querschnitt kreisringförrnig ist und eine darin geführte Düsennadel 432 einen etwa quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Kanten aufweist, wodurch vier Düsenkanäle 444 gebildet werden.

Die in Fig. 5 dargestellte abgewandelte Auslührungsform einer Drosselstelle weist eine im Querschnitt nach der Herstellung kreisringförmige Düse 640 auf, in der eine massive Düsennadel 632 mit rundem Querschnitt angeordnet ist. Auf die Düse 640 ist ähnlich wie die Hülse 46 bei der Ausfuhrungsform gemäß den Fig. 2 und 3 eine federnde Metallhülse 646 aufgeschoben, die im Querschnitt gesehen die Düse außen mil Abstand umgibi, jedoch an drei Siuiicii nach innen gekröpfte Rinnen 648 aufweist, die an der Außenseite der dünnwandigen Düse 640 anliegen und diese an drei gleichmaßig über den Umfang verteilten Stellen an die schwach kegelstumpfförmige Düsennadel 632 andrücken, wodurch wiederum drei Düsenkanäle 644 gebildet werden.

Im folgenden sei ein Zahlenbeispiel für die Ausführungsform gemäß Fig. 3 gegeben. Die Düsennadel ist

an der Stelle des Schnittes &Igr;&Igr;&Igr;-&Pgr;&Igr; in Fig. 2 etwa 2,5 mm dick und weist eine einseitige Kegeligkeit von 20 Winkelminuten, beidseitig also 40 Winkelminuten auf. Die Sekanten-Flächen der Düse weisen in Sekanten-Richtungen gemessen eine Breite von 0,32 mm auf und haben damit in ihrem mittleren Bereich einen Abstand von etwa 7 &mgr; von der gedachten Verlängerung der Kreisform der Düseninnenwandung. Die Verjüngung der Düse beträgt einseitig 55 Winkelminuten gegen die Vertikale, was zusammen also etwa 2 Winkelgrade Konizitat ergibt. Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Drosselstellen liegt darin, daß durch die Reibung der Düsennadel in der Düse sich das Spiel im Schraubgewinde zwischen der Stellschraube 30 und dem Rohransatz 26 normalerweise nicht negativ auswirkt.

Fig. 6 zeigt in seinem schematischen Diagramm eine Kennlinie 50 einer Düse gemäß dem Stand der Technik /. I) nach '(er ilniischcn Patentschrift 2d 24 578. mit einer frei in die Düse ragenden, d. li. in der Düse nicht geführten Düsennadel. Die geneigte gerade Linie 52 stellt eine ideale Kennlinie des Zeitgliedes dar, an die die Kennlinien der vorstehend beschriebenen Ausfuhrungsformen nahe herankommen. Dabei hängt die Steilheit der Kennlinie z. B. bei der Ausfuhrungsform gemäß den Fig. 2 und 3 von der Zahl und Breite und damit auch Höhe der Sekanten-Flächen bzw. Rippen 42 der Düse 40 ab.

Bei den Düsen gemäß dem bekannten Stand der Technik kann die Düsennadel sich quer in der Düse bewegen und verschiedene Stellungen einnehmen z. B. an der Wandung der Düse anliegen oder in der Mitte stehen, wodurch die Form des Drosselspaltes stark veränderbar ist, was sich auf die Strömungsverhältnisse im Drosselspalt auswirkt. Diese Bewegungen bewirken Ungleichmäßigkeiten der Kennlinie. Wenn die Düsennadel im Bereich des Drosselspaltes an der Innenwand der Düse anliegt, kommt noch hinzu, daß Oberflächenfehler an der Düsennadel, wie z. B. vom Gießvorgang herrührende Fließlinien, sich abhängig von ihrer Lage relativ zu dem unsymmetrischen Drosselspalt unterschiedlich auswirken. Liegt ein Oberflächenfehler der Düsennadel an der Düse an, so wirkt er sich nicht aus. Liegt erjedoch nach einer Drehung der Nadel um 180° an der breitesten Stelle des Drosselspaltes, so wirkt er sich maximal aus, indem er z. B. die Strömung von laminar auf turbulent umschlagen läßt.

Die so bewirkten Unregelmäßigkeiten der Kennlinie werden bereits wesentlich gemildert, wenn bei den vorstehend beschriebenen Düsenanordnungen Düse und Nadel noch nicht so tief ineinander eingeschoben sind, daß sie sich entlang der um den Umfang verteilten Anlagestellen berühren und verformend aufeinander einwirken. In diesem Fall würde z. B. in Fig. 3 gesehen die Düsennadel 32 nur an einer der Sekanten-Flächen 42 oder an zwei Sekanten-Flachen 42 anliegen und einen geringen Spalt zu den zwei anderen bzw. zu der dritten Sekanten-Fläche aufweisen. Dieser enge Spalt stellt dann eine Einschnürung bzw. Engstelle des Drosselspaltes zwischen zwei erweiterten Kanälen 44 dar, durch die hindurch die Strömungsverhältnisse in den Kanälen 44 sich nicht gegenseitig beeinflussen, so daß ein Oberflächenleiter von Düse oder Düsennadel sich nur auf eine Teilströmung auswirken kann und damit weniger Einfluß auf den Gesamtwiderstand der Drosselstelle und damit die Kennlinie des Zeitgliedes hat.

Abweichend von den dargestellten Ausführungsbeispielen ist auch eine Formgebung von Düse und Düsennadel möglich, die nur zwei Anlagestellen um den Umfang verteilt aufweist. Zum Beispiel kann eine im Querschnitt ovale Düsennadel mit einer im Qerschnitt runden Düse zusammenwirken. Dabei können zusätzliche Führungen für die Düsennadel benachbart der Drosselstelle vorgesehen sein, die die Düsennadel in einer mittleren Stellung in der Düse zentrieren, da nur zwei Anlagestellen dies naturgemäß weniger gut von sich aus tun. Zum Beispiel kann die Düse in ihrem untersten Bereich sich stärker verjüngen und von unten her vertikal nach oben geführte Schlitze aufweisen, wodurch bei geeigneter Materialauswahl rederelastische, an einem unteren Endabschnitt der Düsennadel anliegende Führungsrippen zur Zentrierung der Nadel entstehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Fluid-Zeitglied, insbesondere pneumatisches Zeitglied mit einer eine Düse und eine Düsennadel aufweisenden verstellbaren Drosselstelle, wobei die Düse und/oder die Düsennadel in axialer Richtung sich verjüngend und zur Verstellung eines dazwischen gebildeten Drosselspaltes relativ zueinander axial verschiebbar ausgebildet sind, wobei die Düse und die Düsennadel unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen, die durch axiales Ineinanderdrücken von Düse und Düsennadel mehr oder weniger elastisch verformt werden, dadurch gekenn &zgr; e i c h &eegr; e t, daß die Düse (40; 440, 640) dünnwandig aus einem elastischen Material ausgebildet ist und an um den Umfang verteilten Stellen (42; 64K) an der Düscnnadcl (32; 432; 632) anliegt und von dieser unter radialer Druckausübung verformt wird.

2. /eilglieil nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß von der Düse (40; 440; 640) und der Düsennadel (32; 432; 632) das eine Teil runde Querschnittsformen und das andere Teil unrunde Querschnittsformen aufweist.

3. Zeitglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (40; 432; 640) mit der unrunden Querschnittsform an drei oder mehr um den Umfang verteilten Stellen (42; 648) an dem Teil (32; 440; 632) mit der runden Querschnittsform anliegt.

4. Zeitglied nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (40) eine Innenwandung mit unrundem Querschnitt mit runder Grundform unterbrochen von sekantenförmigen Abschnitten (Sekanten-Flächen 42) aufweist.

5. Zeitglied nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (32) drehfest mit einer Stellschraube (30) verbunden ist.

6. Zeitglied nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (40; 640) aus Kunststoff besteht und mittels einer Feder (46; 646) aus einem dauerelastischen Material, z. B. Metall verstärkt ist.

7. Zeitglied nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel mit einer runden Querschnittsform hergestellt ist und mit einer dauerelastischen Feder (646) zusammenwirkt, und durch diese zu einer unrunden Querschnittsform verformt ist (Fig. 5).