DE1020215B - Membranfeder - Google Patents

Description

• Membranfeder Die Erfindung bezieht sich auf eine Membranfeder, bestehend aus einer festen, gewölbten und einer elastisch verformbaren, gewölbten Scheibe, die sich an ihren Außenrändern berühren, wobei sich die verformbare Scheibe beim Arbeitshub zunehmend an die feste Scheibe anlegt, Der Vorteil von Membranen gegenüber Kolben sowie solchen vergleichbaren Maschinenbauelementen ist bekannt. Der Nachteil bekannter Membranen ist ihre geringe Lebensdauer als Folge der an sie gestellten hohen Biegebeanspruchungen sowie die beschränkte Verwendbarkeit, z. B. wegen der Abhängigkeit von geeigneten Werkstoffen und teils auch wegen der stark gekrümmten Federkennlinie.
• Bekannte Ausführungen weisen eine den verwendeten topfförmigen Deckelscheiben gleiche oder angenähert gleiche Membranform auf. Das Material dieser Membranen ist beim Arbeitshub auf Zug beansprucht und stellt bei Hubzunahme an die Dehnungsfähigkeit steigende Forderungen. Somit unterliegen diese Membranen hohen Biege- und Dehnungsbeanspruchungen durch Oberflächenveränderung bei Bildung von Umfangs- und Radialfalten. Ferner unterliegen sie rollenden Knickbiegebeanspruchungen von der Einspannstelle an sowie einer ständigen Zugbiegebeanspruchung an der Einspannstelle. Sie stellen daher höchste Anforderungen an das Material, sind umständlich im Gesamtaufbau und nur beschränkt anwendungsfähig. Die bekannten Membranen sind nicht taumelfest und unterliegen hohem Verschleiß, erfordern also hohe Herstellungs- und Materialkosten. Es kommt hinzu, daß sie keine selbsttätige Rückfederungseigenschaft aufweisen, was die Gebrauchsdauer unerwünscht einschränkt.
• Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, diese Nachteile und Unvollkommenheiten wirksam zu beheben und zu erreichen, daß die Biege- oder Dehnungsbeanspruchung sich ohne örtliche Spannungsspitzen vollflächig auf die ganze Membranfederoberfläche verteilt und somit an das Material ohne Strukturverformung die geringsten Ansprüche bezüglich Elastizität stellt. Die erfindungsgemäße Membranfeder ist ferner nahezu taumelfest, an der Anlagestelle druckbeansprucht und federt selbsttätig in ihre Ausgangsstellung zurück. Sie kann mechanisch oder hydraulisch und auch wechselseitig betätigt werden und ist überall dort anwendbar, wo es gilt, eine Hubkraftbewegung aufzufangen oder auszunutzen. Die neue Membranfeder ist daher als einzelnes Bauelement auf den Gebieten der Federungen nicht nur als Stoß-und Schwingungsdämpfer oder federnde Gelenkkapsel verwendbar, sondern auch als Sicherheits-, Dosier-bzw. Einspritzventil für Flüssigkeiten, Gase und cremekonsistente Medien, wobei das Dosierventil auch für zwei Medien vorgesehen sein kann. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist die als Druckregulier-und als Mischventil oder Druckkapsel zur Steuerung von Temperaturwächtern, ferner auch als Hilfseinrichtung für Pumpen. Es ist ein wesentlicher Vorteil der neuen Membranfeder, daß sie nur wenig Einsatzmaterial und kurze Herstellungszeiten erfordert, wodurch sie sich als äußerst wirtschaftlich erweist und die gesuchte lineare Federkennlinie über ein größeres Arbeitsfeld mit steilem Anstieg bei Überlastung ausweist.
• Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß lie feste Scheibe im wesentlichen eine Kugelkalottenform hat und die verformbare Scheibe im Querschnitt etwa sinusförmig mit drei Halbwellen verläuft, deren mittlere nach außen gewölbt ist, so daß die Membranfeder nach beendeter Hubkrafteinwirkung infolge ihrer Eigenelastizität selbsttätig in ihre Ausgangsform zurückfedert.
• In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Rand der ortsfesten Scheibe den Rand derfederelastischen, schwingungsfähigen Scheibe überragt.
• Gemäß der Erfindung kann weiterhin die ortsfeste, gewölbte Scheibe an sich bekannte Einschnitte aufweisen, die sich vom Rand der Scheibe zur Achsmitte erstrecken.
• Die Erfindung kennzeichnet sich ferner dadurch, daß eine gewölbte Hubbegrenzung an der ortsfesten Scheibe angeordnet sein kann, die im oberen Teil zur Aufnahme von Anschlußleitungen, Ventilen u. dgl. mit Öffnung versehen werden kann.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die verformbare Scheibe in der Achsmitte mit Öffnungen zu Steuerungszwecken versehen sein.
• In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 den Querschnitt einer einfach wirkenden Federungseinrichtung und Fig. 2 den Querschnitt einer doppelseitig wirkenden Federungseinrichtung, ferner Fig. 3 einen Querschnitt durch eine als Pumpe wirkende Einrichtung.
• Wie die Ausführungsbeispiele zeigen, besteht die Membranfeder aus einer ortsfest angeordneten, einfach schalenförmigen, im wesentlichen formunveränderlichen Scheibe 1, z. B. aus Federstahlblech, die mittig mit einer in Achsrichtung schwingenden, mehrfach gewölbten und formveränderlichen Scheibe 2, z. B. aus Federstahlblech, in Verbindung steht, deren Außenradien in einen gemeinsamen, gegenläufig gewölbten Innenradius r' übergehen, der in bezug auf die Einspannstelle 3 der ortsfesten Scheibe 1 derart konkav gewölbt ist, daß die Ränder der Außenradien gegen die Innenflächen der Scheibe 1 mindestens reibungsfest anliegen.
• Bei Druck auf die feste Scheibe und auf die verformbare Scheibe durch bekannte Mittel, z. B. durch Druck- bzw. Zugstöße oder durch hydraulische Mittel, können sich die Scheiben relativ zueinander bewegen, und die verformbare Scheibe legt sich gegen die starre Scheibe abwälzend an. Bei diesem Bewegungsvorgang bilden die Scheibe 1 und die Scheibe 2 eine Kammer, und die Membranfeder setzt ihre Eigenspannung der Druckeinwirkung des Druckelementes entgegen.
• Beim Nachlassen des Drucks bewegt sich die Membranfeder 2 selbsttätig in ihre Ausgangsstellung zurück. Diese Rückbewegung kann zur Bewegungsbeeinflussung eines die Kammer 7 durchströmenden Mediums, wie z. B. Wasser oder Kältemittel, ausgenutzt werden, wobei das Medium in die mit Saug-und Druckleitungen verbundenen Kanäle gefördert wird, die mindestens an einer Wandung der von den Scheiben gebildeten Kammer angeschlossen sind. Eine derartige Einrichtung als Pumpwerk veranschaulicht der Querschnitt nach Fig. 3.
• An einem von Kanälen durchdrungenen Träger 3 mit Hubbegrenzungsformstück 4, in welchem an sich bekannte Ventile angeordnet sind, ist die ortsfeste Scheibe 1 an eine Saugleitung 5 und eine Druckleitung 6 angeschlossen, die mit der verformbaren Scheibe 2 in Verbindung steht, wobei von den Seheiben eine geschlossene Kammer 7 gebildet wird. Unter einer durch bekannte Mittel, z. B. durch einen Betätigungsstößel 8 und ein Nockenrad 9, hervorgerufenen Druckeinwirkung bewegen sich die Scheiben relativ zueinander und verdrängen hierbei das verwendete Arbeitsmittel durch den vom Träger 3 aufgenommenen Kanal 6 über das Ventil in die Förderleitung. Mit abnehmendem Druck bewegt sich die Membranfeder 2 in ihre Ausgangslage zurück und saugt das zu fördernde Medium aus der Saugleitung 5 durch den Kanal, dem das Ventil zugeordnet ist, über dieses Ventil in die Kammer 7 ein.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Membranfeder, bestehend aus einer festen, gewölbten und einer elastisch verformbaren, gewölbten Scheibe, die sich an ihren Außenrändern berühren, wobei sich die verformbare Scheibe beim Arbeitshub zunehmend an die feste Scheibe anlegt, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Scheibe (1) im wesentlichen eine Kugelkalottenform hat und die verformbare Scheibe (2) im Querschnitt etwa sinusförmig mit drei Halbwellen verläuft, deren mittlere nach außen gewölbt ist.
2. 2. Membranfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der festen Scheibe (1) den Rand der verformbaren Scheibe (2) überragt.
3. 3. Membranfeder nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, da?) die feste Scheibe (1) an sich bekannte Einschnitte aufweist, die sich vom Rand der Scheibe zur Achsmitte hin erstrecken. d.
4. Membranfeder nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine gewölbte Hubbegrenzung (4) an der ortsfesten Scheibe (1).
5. 5. Membranfeder nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare Scheibe (2) in der Achsmitte mit Öffnungen zu Steuerzweclzen versehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift N r. 236 281; USA.-Patentschriften Nr. ? 023 135, 2 383 193; französische Patentschrift 1 r. 512 686.