Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für einen Membranvergaser zur Regelung einer Kraftstoffzufuhr eines Verbrennungsmotors.

Technischer Hintergrund

Membranvergaser werden hauptsächlich in Handgeräten, wie z. B. Motorsägen, oder in Modellflugzeugen verwendet, die jeweils lageunabhängig funktionieren müssen. Bekannte Regelmembranen sind aus gewebeverstärktem Gummi gefertigt und weisen mittig eine angenietete kreisförmige Versteifungsplatte auf (z. B. EP0608490, DE202005020877, US2013234345). Ein Beispiel einer solchen Regelmembran ist in den Figuren 1(a) und 1(b) gezeigt. Die Regelmembran 1 ist mit einem umlaufenden Befestigungsrand 11 im Vergasergehäuse gehalten und schliesst eine Regelkammer dichtend ab. In der Regelkammer ist ein federbelasteter Regelhebel 2 angeordnet ist, der im mittigen Bereich der Versteifungsplatte 12 an deren gegenüberliegenden Seite gegen die Niete 13 der Regelmembran 1 drückt und so einen Membranhub resp. eine axiale Auslenkung eines zentralen Abtastbereichs 14 der Regelmembran 1 abtastet. Dabei öffnet der Regelhebel 2 eine an dessen anderen Seite angeordnetes Regelventil 3. Die Regelkammer ist mit einem Vergaserraum des Membranvergaser verbunden. Die der Regelkammer abgewandte Seite der Regelmembran ist dem Umgebungsdruck ausgesetzt. Beim Betrieb des Vergasers bewirkt ein im Vergaserraum resp. in der Regelkammer entstehender Unterdruck im Bereich von wenigen Millibar einen Membranhub im Zehntel-Millimeter bis Millimeter-Bereich des zentralen Abtastbereichs 14, welcher vom Regelhebel 2 abgetastet wird, um die Kraftstoffzufuhr zu regeln. Zur Erhöhung des maximalen Membranhubs weist die Regelmembran 1 eine konzentrisch um die Versteifungsplatte 12 umlaufende periphere Sicke 15 auf. Die angenietete Versteifungsplatte 12, welche eine Radius von über 50% des Radius bis zum umlaufenden Befestigungsrand 11 aufweist, versteift einen weitläufigen Innenbereich der Regelmembran 1. Dabei bewirkt die Versteifungsplatte einen gleichmässigen Membranhub über den durch die Versteifungsplatte abgedeckten Bereich. D.h. dieser relativ grosse zentrale Abtastbereich 14 oszilliert im Idealfall gleichmässig in axialer Richtung. Unter realen Bedingungen neigt die Versteifungsplatte 12 allerdings zu einem „Flattern" resp. Taumeln, d .h. die Versteifungsplatte 12 lässt sich leicht aus der Membranebene neigen, insbesondere bei schnellen Lageänderungen des Vergasers, was zu Unregelmässigkeiten der Vergaserregelung während des Betriebs führen kann. Diese lageabhängigen Unregelmässigkeiten werden zudem durch die relativ grosse Masse der Versteifungsplatte 12 erhöht.

Um dieses und andere Probleme zu beheben wurde in der noch nicht öffentlichen Schweizer Patentanmeldung CH00516/15 derselben Anmelderin eine Regelmembran beschrieben, welche aus einer nicht-elastomeren, gleichmässig dicken Kunststofffolie gefertigt ist. In die Regelmembran sind eine Vielzahl einen Funktionsbereich ausbildende konzentrische Sicken eingeformt, welche einen zentralen Abtastbereich von wenigen Millimetern im Durchmesser umgrenzt. Abhängig von der Ausgestaltung des Funktionsbereichs verläuft die axiale Auslenkung des zentralen Abtastbereichs in Abhängigkeit der betriebsbedingten Druckänderung in der Regelkammer entsprechend einer vordefinierten Weg-Druck-Kennlinie. Ein solche Regelmembran weist verbesserte Ansprech- und Regelverhalten gegenüber den bekannten Regelmembranen mit Versteifungsplatte auf.

Regelhebel, welche zusammen mit der Regelmembran eine Regeleinrichtung bilden, sind beispielsweise aus EP1391605, EP1098084, EP1098084, WO2014018723, US4563311, US4978478, US20070182032, US3268216 und US3174731 bekannt.

EP1391605 zeigt einen Regelhebel mit einem zur Regelmembran hin konvex gewölbten Abtastarm. Die Regelmembran ist flach und ohne Sicken ausgebildet und aus einem Verbundmaterial aus Gewebe und Gummi gefertigt. Der Kontaktbereich des Regelhebel ist aus einem nichtscheuernden Material gefertigt.

EP1098084 zeigt einen Regelhebel mit einem planen zum Ende hin verjüngten Abtastarm, welcher eine Niete der Regelmembran kontaktiert. WO2014018723 zeigt ebenfalls einen Regelhebel mit konvex zur Regelmembran hin gerundeten Abtastarm, welcher einen zentralen Abtastbereich der Regelmembran kontaktiert.

US4563311 beschreibt einen temperatur-sensitiven Regelhebel, welcher eine Niete der Regelmembran kontaktiert.

US4978478 zeigt einen Regelhebel mit einem bolzenförmigen Anlageteil, welches gegen die Regelmembran drückt. Die Regelmembran weist eine zentrales Versteifungsteil auf.

US20070182032 und US3268216 beschreiben jeweils einen Regelhebel, welcher mit der Regelmembran beweglich verbunden ist.

US3174731 beschreibt einen federbelasteten Hebel mit einer Öffnung zur Aufnahme eines Zentrierstiftes. Auf einer membran-abgewandten Seite des Hebels ist eine Feder vorgesehen, in welche der Zentrierstift hineinreicht. Auf der membran-zugewandten Seite des Hebels, hält der Zentrierstift eine metallische Transferplatte auf den Hebel, indem er in ein Loch in eine zentrale Einbuchtung der Platte eingeführt wird. Die Platte liegt lose auf der flachen Regelmembran auf.

Darstellung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regeleinrichtung für Membranvergaser anzugeben, bei welcher das Ansprech- und Regelverhalten einer Regelmembran resp. der Regeleinrichtung weiter verbessert ist. Insbesondere soll das bereits sehr gute Ansprech- und Regelverhalten einer Regeleinrichtung mit einer Regelmembran gemäss CH00516/15 verbessert werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Regeleinrichtung für Membranvergaser mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Regeleinrichtung umfasst eine Regelmembran und einen Regelhebel . Die Regelmembran weist einen zentralen Abtastbereich, einen den Abtastbereich konzentrisch umlaufenden und den Abtastbereich begrenzenden Funktionsbereich, und eine periphere Befestigungsumrandung zur Befestigung der Regelmembran im Membranvergaser auf. Im Einbauzustand ist der Regelhebel im Membranvergaser gelenkig gelagert, mit einem ersten Ende mit einem Regelventil des Membranvergasers wirkverbunden und mit einem zweiten Ende (Abtastarm) den zentralen Abtastbereich der Regelmembran kontaktiert, so dass er eine axiale Auslenkung des Abtastbereichs in Abhängigkeit von einer betriebsbedingten Druckänderung im Membranvergaser abtasten und auf das Regelventil übertragen kann. Der Regelhebel weist am zweiten Ende einen kreisförmigen, membranseitig ebenen Abtastteller auf, wobei der Durchmesser des Abtasttellers grösser als 50 Prozent, vorzugsweise grösser als 85 Prozent, weiter vorzugsweise grösser als 90 Prozent, des Durchmessers des Abtastbereichs der Regelmembran ist.

Der Abtastbereich entspricht dem zentralen Bereich der Regelmembran, welcher durch den Funktionsbereich direkt begrenzt wird (d .h. der Innendurchmesser des Funktionsbereichs entspricht dem Durchmesser des Abtastbereichs) und im Betriebszustand die grösste Auslenkung erfährt. Bei den herkömmlichen Regelmembranen mit angenieteter Versteifungsplatte entspricht diese im Wesentlichen dem gesamten durch die Platte versteiften Bereich. Der Funktionsbereich definiert den Bereich der Regelmembran, welcher hauptsächlich die Flexibilität und Dehnbarkeit der Regelmembran festlegt. Dieser Bereich ist in den meisten bekannten Membranen durch die wenigstens eine umlaufende Sicke definiert.

Die Grösse des Abtasttellers ist an den Durchmesser des Abtastbereichs, welcher bevorzugt weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 15%, des inneren Durchmesser der Befestigungsumrandung resp. äusseren Durchmesser des Funktionsbereichs aufweist, angepasst. Dies erlaubt eine bessere Kraftübertragung des Membranhubs auf den Regelhebel, indem ein allfälliges, wenn auch nur sehr geringes Eindrücken des Regelhebels in die Regelmembran vermieden wird. Eine solche Regeleinrichtung ist insbesondere für einstückig ausgebildete Regelmembrane geeignet. Besonders geeignet ist die Regeleinrichtung bei sehr dünnen Regelmembranen (z. B. 5 bis 50 Mikrometer) ohne Ve rste if u n g s p I atte .

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

In einigen Ausführungsformen kann der Durchmesser des Abtasttellers 1 bis 4 Prozent geringer als der Durchmesser des Abtastbereichs sein, so dass der Abtastteller auch bei leichten Verschiebungen z. B. im Betriebszustand den Funktionsbereich der Regelmembran nicht überlappt resp. berührt.

In einigen Ausführungsformen kann der Abtastteller am zweiten Ende des Regelhebels einstückig mit diesem ausgebildet sein, z.B. als einstückig geformtes Plastik- oder Metallteil.

In einigen Ausführungsformen kann der Abtastteller als separates Teil ausgebildet sein, welches lösbar oder fest, z. B. durch Kleben oder Schweissen, mit dem zweiten Ende des Regelhebels verbunden ist. Eine lösbare Verbindung kann beispielsweise eine Stift am Abtastteller aufweisen, welcher in ein Loch oder eine Einbuchten am zweiten Ende / Abtastarm des Regelhebels eingreift.

In einigen Ausführungsformen kann der Abtastteller als kreisförmige Verbreiterung des zweiten Endes des Regelhebels ausgebildet sein. Alternativ kann der Abtastteller an der der Regelmembran zugewandten Seite auf das zweiten Ende des Regelhebels aufgesetzt sein.

Der gesamte Regelhebel inkl . Abtastteller kann aus dem gleich Material gefertigt sein. Der Abtastteller kann aber auch aus einem gegenüber dem übrigen Regelhebel unterschiedlichen Material gefertigt sein . Das gewählte Material kann ein temperartur- und kraftstoffbeständiger, nicht elastomerer Kunststoff sein, oder ein Metall. Regelhebel und/oder Abtastteller können aus dem gleich Kunststoff wie die Regelmembran gefertigt sein, z. B. ein Kunststoff ausgewählt aus der Gruppe Der Kunststoff kann aus der Gruppe von Polybenzimidazol (PBI), Polyimide (PI), Thermoplastische Polyimide (TPI), Polyamid-Imid (PAI), Polyethersulfon (PES), Polyphenylsulfon (PPSU), Polyetherimid (PEI), Polysulfon (PSU), Polyetherketon (PEK), Polyaryletherkteton (PAEK), Polyphenylensulfid (PPS), Perfluor-Alkoxy-Polymer (PFA), Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE), Polychlor-triflourethylen (PCTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polybutylenterephtalat (PBT), Polyetheretherketon (PEEK) und Kombinationen davon, mit einer Temperaturbeständigkeit von mindestens 150°C bestehen.

In einigen Ausführungsformen kann der Abtastteller aus einem reibungsarmen, nicht abrasiven Material gefertigt sein, um Reibung gegenüber dem Abtastbereich zu minimieren.

In allen Ausführungsformen kann der Abtastteller einen Durchmesser von 3 bis 6 Millimeter aufweisen.

In Verbindung mit der obigen Regeleinrichtung können nachfolgende Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination mit den vorangenannten Merkmalen verwirklicht sein :

- Die Regelmembran kann aus einer temperartur- und kraftstoffbeständigen, nicht-elastomeren und gleichmässig dicken Kunststofffolie gefertigt sein .

- Der Funktionsbereich der Regelmembran kann eine Vielzahl konzentrischer Sicken aufweisen, so dass die axiale Auslenkung des Abtastbereichs in Abhängigkeit der betriebsbedingten Druckänderung in der Regelkammer entsprechend einer vordefinierten Weg-Druck-Kennlinie verläuft.

- Im Funktionsbereich können vier bis zehn konzentrische Sicken eingeformt sein, welche als konzentrische Kreise oder konzentrische Mehrecke ausgebildet sein können.

- Die konzentrischen Sicken können in radialer Richtung wellenförmig ausgebildet sind (d.h. ein Radialschnitt zeigt einen wellenförmigen Verlauf).

Die in radialer Richtung wellenförmig ausgebildeten Sicken können eine Amplitude von 0.2 bis 1.0 Millimeter (von Wellenberg zu Wellental) und/oder eine Wellenlänge von 1.0 bis 2.5 Millimeter aufweisen. Die Wellenlänge (w) kann zum zentralen Abtastbereich hin zunehmen und/oder die Amplitude kann zum zentralen Abtastbereich hin abnehmen. - Der Radius des Abtastbereichs kann weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 15%, des inneren Radius der Befestigungsumrandung und/oder des äusseren Radius des Funktionsbereichs betragen.

Der Radius des Abtastbereichs resp. der innerer Radius des Funktionsbereichs kann 1 bis 7 Millimeter, vorzugsweise 2 bis 5 Millimeter, betragen und der äussere Radius des Funktionsbereichs kann 10 bis 25 Millimeter betragen.

- Im Funktionsbereich können mehrere radiale Versteifungsrippen ausgebildet sein, die sich bevorzugt nur über die innersten konzentrischen Sicken erstrecken.

- Die Kunststofffolie kann eine Dicke von 5 bis 200 Mikrometer, vorzugsweise 10 bis 100 Mikrometer, weiter vorzugsweise 20 bis 50 Mikrometer, aufweisen, die über die gesamte Regelmembranfläche oder über den Funktionsbereich und die Befestigungsumrandung mindestens annähernd gleich ist.

- Die Regelmembran kann aus einem Kunststoff ausgewählt aus der Gruppe von Polybenzimidazol (PBI), Polyimide (PI), Thermoplastische Polyimide (TPI), Polyamid-Imid (PAI), Polyethersulfon (PES), Polyphenylsulfon (PPSU), Polyetherimid (PEI), Polysulfon (PSU), Polyetherketon (PEK), Polyaryletherkteton (PAEK), Polyphenylensulfid (PPS), Perfluor-Alkoxy-Polymer (PFA), Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE), Polychlor-triflourethylen (PCTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polybutylenterephtalat (PBT), Polyetheretherketon (PEEK) und Kombinationen davon, mit einer Temperaturbeständigkeit von mindestens 150°C bestehen.

- Die Dicke der Regelmembran kann in radialer Richtung variieren. Beispielsweise kann der Abtastbereich relativ zur Dicke der Regelmembran im

Funktionsbereich 2 bis 12 mal dicker ausgebildet sein.

Weiter betrifft die Erfindung einen Membranvergaser mit einer erfindungsgemässen Regeleinrichtung und die Verwendung der erfindungsgemässen Regeleinrichtung in einem Membranvergaser. Kurze Erläuterung zu den Figuren

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der(n) Zeichnung(en) näher erläutert werden. Es zeigen :

Fig. 1 eine bekannte Regeleinrichtung unter (a) in einer Seitenansicht und unter (b) in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen

Regeleinrichtung, unter (a) in einer Seitenansicht und unter (b) in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 3 der Regelhebel aus Fig . 2, unter (a) in einer perspektivischen

Ansicht und unter (b) in einer Draufsicht;

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen

Regeleinrichtung, unter (a) in einer Seitenansicht und unter (b) in einer perspektivischen Ansicht; und

Fig. 5 der Regelhebel aus Fig . 4, unter (a) in einer perspektivischen

Ansicht, unter (b) in einer Seitenansicht und unter (c) in einer Draufsicht.

Wege zur Ausführung der Erfindung

In den Figuren 1(a) und 1(b) ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Regeleinrichtung gezeigt. Fig . 1(a) zeigt die Regeleinrichtung in einer Seitenansicht. Fig. 1(b) zeigt die Regeleinrichtung in einer perspektivischen Ansicht. Die Regeleinrichtung umfasst eine Regelmembran 1 und einen Regelhebel 2. In beiden Figuren ist die Regelmembran 1 hälftig geschnitten dargestellt.

Die Regelmembran 1 aus einem gummibeschichteten Gewebe weist mittig eine tellerförmige angenietete Versteifungsplatte 12 auf, welche einen zentralen Abtastbereich 14 der Regelmembran 1 bildet. An den Abtastbereich 14 direkt anschliessend weist die Regelmembran 1 weiter einen aus einer umlaufenden peripheren Sicke 15 gebildeten Funktionsbereich 16 auf, welcher von einer Befestigungsumrandung 11 begrenzt ist. Die Regelmembran 1 wird mit der Befestigungsumrandung 11 in Befestigungsmittel eines Membranvergasers gehalten und schliesst eine Regelkammer dichtend ab (nicht gezeigt). In der Regelkammer ist der Regelhebel 2 angeordnet, welcher den Membranhub der Regelmembran 1 abtasten kann und so die Kraftstoffzufuhr des Membranvergasers regelt.

Der Regelhebel 2 ist im Membranvergaser mittig auf einem Kipplager 5 (hier in der Form eines Stiftes) drehbar gelagert und umfasst ein erstes Ende 22, über welches er mit dem Regelventil 3 wirkverbunden ist. Mit einem zweiten Ende (Abtastarm) 23 kontaktiert er die in der Regelmembran 1 angeordnete Niete 13. Zwischen dem zweiten Ende 22 und dem Kipplager 5 ist der Regelhebel 2 mit einer Feder 5 belastet, welcher das zweite Ende gegen die Regelmembran drückt und das Regelventil 3 in einer geschlossenen Stellung hält. Druckbedingte Auslenkungen des Abtastbereichs 14 der Regelmembran 1 in Richtung Regelkammer bewirken eine Öffnung des Regelventils 3.

Der Funktionsbereich 16 und der Abtastbereich 14 von Regelmembranen 1 ist üblicherweise kreisförmig und überdeckt im Einbauzustand eine kreisförmige Regelkammer des Membranvergasers. Die äussere Befestigungsumrandung hingegen kann auch von einer Kreisform abweichen und z.B. rechteckig ausgestaltet sein .

In den Figuren 2(a) und 2(b) ist eine erste Ausführungsform einer Regeleinrichtung gezeigt. Fig . 2(a) zeigt die Regeleinrichtung in einer Seitenansicht. Fig. 2(b) zeigt die Regeleinrichtung in einer perspektivischen Ansicht. Figur 3 zeigt den Regelhebel aus Figur 2 in einer perspektivischen Ansicht (Fig .3(a)) und in einer Draufsicht (Fig .3(b)).

Die in Fig . 2 dargestellte einstückig ausgebildete Regelmembran 1 der Regeleinrichtung besteht aus einem Abtastbereich 14, einem Funktionsbereich 16 und einer Befestigungsumrandung 11. Abtastbereich 14 und Funktionsbereich 16 definieren den aktiven freiliegenden Bereich der Regelmembran 1, welcher aufgrund von Druckänderungen in der Regelkammer ausgelenkt wird . Über die Befestigungsumrandung 11 wird die Regelmembran 1 in Befestigungsmitteln des Vergasers dichtend gehalten. Ein in der Regelkammer angeordneter Regelhebel 2 tastet die Auslenkung des Abtastbereichs 14 der Regelmembran 1 ab und regelt so die Kraftstoffzufuhr im Vergaser.

Der Abtastbereich 14 ist im Wesentlichen eben ausgestaltet und geht am äusseren Rand in den wellenförmig ausgestalteten Funktionsbereich 16 über. In der gezeigten Ausführungsform weist der Abtastbereich 14 eine Radius von weniger als 20% des Radius des aktiven Bereichs der Regelmembran 1 auf. Der übrige Teil des aktiven Bereichs wird durch den Funktionsbereich 16 ausgebildet. Der Abtastbereich 14 wird durch den direkt angrenzenden Funktionsbereich 16, welcher in der gezeigten Ausführungsform eine Vielzahl von konzentrischen Sicken 15 aufweist, begrenzt.

Der Regelhebel 2 dieser Ausführungsform weist im Unterschied zum voran beschriebenen Regelhebel 2 an seinem zweiten Ende 21 (d.h. am Abtastarm) einen kreisförmigen, membranseitig ebenen Abtastteller 23 auf. D.h. der Abtastteller 23 weist keine Einbuchtungen oder dergleichen auf, so dass er den zentralen Bereich der Regelmembran resp. mehr als 85 Prozent, vorzugsweise mehr als 90 Prozent des Abtastbereichs vollflächig kontaktiert. Idealerweise entspricht der Durchmesser des Abtasttellers nicht exakt dem Durchmesser des Abtastbereichs, sondern ist 1 bis 4 Prozent geringer, so dass der Abtastteller auch bei allfällige Toleranzen der einzelnen Teile, bei Ungenauigkeiten beim Einspannen der Regelmembran oder während dem Betrieb des Vergaser bei der Auslenkung der Membran den Funktionsbereich nicht berührt.

Bei der gezeigten einstückigen Regelmembran kann der Abtastbereich einen Durchmesser von ca. 5 Millimeter aufweisen. Der Abtastteller weist dann einen Durchmesser von ca. 4.8 bis 4.9 auf.

Bevorzugt ist die Regelmembran im eingebauten Zustand mit den Ausbuchtungen der Sicken vom Regelhebel weg orientiert (in der Figur nach oben), so dass bei allfälligen leichte Verschiebungen des Abtasttellers gegenüber dem Abtastbereich die Wellenberge/Wellentäler der Sicken vom Abtastteller nicht berührt werden.

In den Figuren 4(a) und 4(b) ist eine zweite Ausführungsform einer Regeleinrichtung gezeigt. Fig . 4(a) zeigt die Regeleinrichtung in einer Seitenansicht. Fig. 4(b) zeigt die Regeleinrichtung in einer perspektivischen Ansicht. Figur 5 zeigt den Regelhebel aus Figur 4 in einer perspektivischen Ansicht (Fig .5(a)), in einer Seitenansicht (Fig.5(b)) und in einer Draufsicht (Fig. 5(c)).

Im Unterschied zu Ausführungsform der Figuren 2 und 3 ist der Abtastteller 23 auf den Abtastarm 21 aufgesetzt. Der Abtastteller 23 kann dabei lösbar oder fest mit dem Abtastarm 21 verbunden sein. In der gezeigt Ausführungsform ist der Abtastteller 23 leicht von dem Abtastarm 23 beabstandet dargestellt und mittels eines Verbindungsstücks fest oder lösbar verbunden. Der Abtastteller 23 kann auch direkt auf dem Abtastarm ohne Verbindungsstück angeordnet sein. Bei einer lösbaren Variante des Abtasttellers 23 kann die Verbindung auch gelenkig ausgestaltet sein, so dass der Abtastteller 23 sich an leichte durch den Membranhub bewirkte Winkeländerungen des Abtastarms 21 anpassen kann und immer flach auf dem Abtastbereich 14 aufliegt.

Bezeichnungsliste

1 Regelmembran

11 Befestigungsrand/Befestigungsumrandung

12 Versteifungsplatte

13 Niete

14 Abtastbereich

15 konzentrische Sicke

16 Funktionsbereich

2 Regelhebel

21 zweites Ende / Abtastarm

22 erstes Ende

23 Abtastteller

24 Verbindungsstück

3 Regelventil

4 Feder

5 Kipplager