DE1180586B

DE1180586B - Membrane, especially for pressure cans, and stamping form for their production

Info

Publication number: DE1180586B
Application number: DED42015A
Authority: DE
Inventors: Jens Christiansen Bork; Hans Krebs
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1963-07-17
Filing date: 1963-07-17
Publication date: 1964-10-29

Description

Membran, insbesondere für Druckdosen, und Prägeform zu ihrer Herstellung Membranen sind im allgemeinen elastische plattenförmige Bauelemente, insbesondere kreisförmige Scheiben, die am Rand eingespannt sind. Bei Druckdosen kennt man im wesentlichen zwei Ausführungsformen. Entweder sind zwei derartige Membranen am Rand zusammengeschweißt, oder es ist eine Membran mit ihrem Rand an einem steifen Gehäuse festgehalten.Membrane, in particular for pressure cans, and embossing mold for their manufacture Membranes are generally elastic, plate-shaped components, in particular circular disks that are clamped at the edge. When it comes to pressurized cans, the essentially two embodiments. Either there are two such membranes on the edge welded together, or it is a membrane with its edge on a rigid housing held.

Der Grundtyp einer Membran besteht aus einer glatten Scheibe. Eine solche Membran hat eine relativ schlechte Druck-Weg-Charakteristik. Die Membranbewegung findet schon bei einem relativ kurzen Weg ihr Ende. Der lineare Abschnitt der Charakteristik ist klein. Außerdem gibt es waagrechte Abschnitte in dieser Charakteristik, die auf eine Schnappwirkung der Membran oder einzelner Teile davon hindeuten. The basic type of membrane consists of a smooth disk. One such a membrane has a relatively poor pressure-displacement characteristic. The membrane movement already comes to an end with a relatively short path. The linear portion of the characteristic is small. There are also horizontal sections in this characteristic that indicate a snap action of the membrane or parts of it.

Einige dieser Nachteile versuchte man durch die Anbringung von in Umfangsrichtung verlaufenden Erhöhungen und Vertiefungen (konzentrische Wellungen) zu beseitigen. Es läßt sich tatsächlich ein größerer ausnutzbarer Arbeitsweg erzielen. Auch die Linearität ist auf diese Weise zu verbessern. Jedoch ist die Membran insgesamt steifer, da sich zur Verbiegung der Membran die Umfangslängen auf den Wellungen ändern müssen, deshalb größere Tangentialspannungen auftreten und somit stärkere Verformungskräfte erforderlich sind. Some of these disadvantages were attempted by adding in Elevations and depressions running in the circumferential direction (concentric corrugations) to eliminate. In fact, a greater useful commute can be achieved. The linearity can also be improved in this way. However, the membrane is overall stiffer, since the circumferential lengths on the corrugations to bend the membrane have to change, therefore greater tangential stresses occur and thus stronger Deformation forces are required.

Schließlich sind auch Membranen bekannt, die radiale oder sternförmige Prägungen aufweisen. Derartige Membranen unterliegen aber ebenfalls einer Schnappwirkung und besitzen eine erhebliche Steifigkeit, da die radialen Rippen einer Ausbiegung von vornherein Widerstand entgegensetzen. Daher ist auch das Anwendungsgebiet dieser Membranen beschränkt; im allgemeinen werden sie nur für flüssigkeitsgefüllte Membranelemente verwendet. Finally, membranes are also known that are radial or star-shaped Have embossings. Such membranes are also subject to a snap action and have considerable rigidity because the radial ribs flex Oppose resistance from the outset. Hence the area of application of this Membranes restricted; in general they are only used for liquid-filled membrane elements used.

Betrachtet man die Vor- und Nachteile der bekannten Membranen, so stellt man fest, daß eine optimale Membran die folgenden Eigenschaften aufweisen müßte: a) Die Druck-Weg-Charakteristik soll möglichst linear sein. Diese Linearität ist zwar nicht entscheidend bei der Verwendung in thermostatisch gesteuerten Geräten, wie Ventilen, kann jedoch bei Meßinstrumenten von großer Wichtigkeit sein. b) Der lineare Bereich soll möglichst groß sein. If one considers the advantages and disadvantages of the known membranes, so it is found that an optimal membrane has the following properties would have to: a) The pressure-displacement characteristic should be as linear as possible. This linearity is not critical when used in thermostatically controlled devices, like valves, but can be of great importance in measuring instruments. b) The linear area should be as large as possible.

Dies erleichtert die Berechnung der thermostatisch betätigten Geräte, denn die Toleranzen können viel gröber gewählt werden, was eine Verbilligung mit sich bringt, wenn der Hub im Betriebsbereich im wesentlichen im linearen Gebiet verläuft. Außerdem kommt man bei Meßinstrumenten mit einer kleineren mechanischen Übersetzung aus. c) Die Membran soll eine möglichst geringe Steifigkeit aufweisen, so daß bereits geringe Druckunterschiede zu einer definierten Membranverstellung führen. Eine solche Membran könnte dann weitgehend mit einem federbelasteten Kolben verglichen werden. b) Es sollen keine Sprungeffekte auftreten, die in die Druck-Weg-Charakteristik Unstetigkeiten hineinbringen würden. This makes it easier to calculate the thermostatically operated devices, because the tolerances can be chosen much coarser, which means cheaper brings itself when the hub in Operating range is essentially linear. In addition, measuring instruments come with a smaller mechanical translation the end. c) The membrane should have the lowest possible rigidity, so that already small pressure differences lead to a defined diaphragm adjustment. Such The membrane could then largely be compared to a spring-loaded piston. b) There should be no jump effects that affect the pressure-travel characteristics Would introduce discontinuities.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Membran anzugeben, die diesen Forderungen weitgehend entspricht Diese Aufgabe wir erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Membran auf einem wesentlichen Teil ihrer Fläche eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden Verformungen aufweist, die in jeder beliebigen Schnittrichtung im Querschnitt betrachtet eine ge kräuselte Schnitdläche ergeben linæbesondere kann die gekräuselte Fläche wenigstens teilweise durch kugelkalottenförmige Verformungen gebildet sein, die vorzugsweise durch weiche Übergänge miteinander verbunden sind. The invention is based on the object of specifying a membrane which largely corresponds to these requirements. This object is thereby achieved according to the invention solved that the membrane on a substantial part of its area a plurality of has adjacent deformations in any cutting direction When viewed in cross-section, a crinkled cutting surface can result in particular the curled surface at least partially by means of spherical cap-shaped deformations be formed, which are preferably connected to one another by soft transitions.

Bei einer solchen Membran steht genügend Material zur Verfugung, uiu relativ große Membranwege zuzulassen. Da in jeder beliebigen Richtung Wellungen vorhanden sind, die relativ leicht auseinandergezagen.werden kowßn, -air;t die Steifigkeit der Membran relativ gering. Die Vielzahl von Prägungen stellt außerdem sicher, daß keine bevorzugten Membranbereiche existieren, die unter gewissen Belastungen einer Schnappwirkung unterliegen. Insgesamt ergibt sich auch eine gute Linearität der Druck-Weg-Charakteristik. With such a membrane there is enough material available uiu to allow relatively large membrane paths. There are corrugations in any direction are present that are relatively easy to pull apart the membrane relatively low. The multitude of coins also provides sure that there are no preferred membrane areas that are subject to certain loads are subject to a snap action. Overall, there is also good linearity the pressure-displacement characteristic.

Eine Prägeform zur Herstellung einer solchen Membran ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eines der Formteile auf seiner die kugelkalottenförmigen Verformungen erzeugenden Stirnfläche eine Anzahl von nebeneinander angeordneten Kugeln trägt. Die andere Druckfläche kann dann aus einem elastischen Werkstoff bestehen. An embossing mold for producing such a membrane is according to the invention characterized in that one of the molded parts on its spherical cap-shaped Deformations generating end face a number of juxtaposed Bears bullets. The other pressure surface can then consist of an elastic material.

Eine solche Membran kann in üblicher Weise durch Prägen hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Membran läßt hierbei insofern eine Vereinfachung zu, als das Prägen mit Hilfe von einzelnen zu einer ebenen Packung zusammengefaßten Kugeln erfolgen kann. Such a membrane can be produced in the usual way by embossing will. The membrane according to the invention allows a simplification in this respect, than the embossing combined into a flat pack with the help of individual pieces Balls can be made.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch ein als Druckdose ausgebildetes Membranelement, wobei die Membran übertrieben gekräuselt ist, F i g. 2 eine Draufsicht auf die Membran der Fig. 1, F i g. 3 einen Schnitt durch die Membran längs der Linie A-A der F i g. 2 in übertriebenem Maßstab, F i g. 4 eine Prägeform zur Herstellung der Membran gemäß den F i g. 1 bis 3 und F i g. 5 in einem Diagramm die Druck-Weg-Charakteristik der erfindungsgemäßen Membran im Vergleich zu bekannten Membranen. An embodiment of the invention is based on drawings described. It shows F i g. 1 shows a section through a pressurized can Diaphragm element with the diaphragm being excessively curled, FIG. 2 is a plan view on the membrane of Fig. 1, F i g. 3 shows a section through the membrane along the line A-A of FIG. 2 on an exaggerated scale, FIG. 4 an embossing mold for production the membrane according to FIGS. 1 to 3 and F i g. 5 shows the pressure-displacement characteristic in a diagram of the membrane according to the invention compared to known membranes.

Die Druckdose besteht aus zwei schalenförmigen Gehäuseteilen 1 und 2, zwischen deren Flansche 3 und 4 der Rand 5 einer Membran 6 eingespannt, vorzugsweise festgeschweißt ist. Zwischen der Membran 6 und der oberen Gehäuseschale 1 wird der Druckraum 7 gebildet, in den ein Druckmedium über den Anschlußstutzen 8 eingeleitet werden kann. Am Mittelteil 9 der Membran stützt sich ein Schaft 10 ab, der durch eine Öffnung 11 in der unteren Gehäuseschale 2 nach außen geführt ist. Er kann beispielsweise dazu dienen, ein Ventil zu verstellen, ein Meßgerät zu betätigen, einen elekrischen Schalter zu bedienen, u. dgl. The pressure cell consists of two shell-shaped housing parts 1 and 2, between the flanges 3 and 4 of which the edge 5 of a membrane 6 is clamped, preferably is welded. Between the membrane 6 and the upper housing shell 1 is the Pressure chamber 7 is formed into which a pressure medium is introduced via the connecting piece 8 can be. A shaft 10 is supported on the central part 9 of the membrane and extends through an opening 11 in the lower housing shell 2 is led to the outside. For example, he can serve to adjust a valve, to operate a measuring device, an electrical one Switch to operate, etc.

Wie Fig. 2 zeigt, ist die gesamte Fläche 12 zwischen dem Rand 5 und dem Mittelteil 9 der Membran »gekräuselt«, d. h. mit kugelkalottenartigen Verformungen 13 versehen. Diese Verformungen sind unregelmäßig verteilt, können aber auch eine regelmäßige Anordnung haben. As Fig. 2 shows, the entire area 12 between the edge 5 and the central part 9 of the membrane "crimped", d. H. with spherical cap-like deformations 13 provided. These deformations are irregularly distributed, but can also be a have regular arrangement.

Der in F i g. 3 veranschaulichte, längs der Linie A-A der Fig. 2 geführte Schnitt durch die Membran trifft nicht jede kugelkalottenförmige Verformung in ihrem größten Durchmesser. Daher finden sich in dem Schnittbild neben der relativ hohen Verformung 13 a auch weniger hohe Verformungen 13 b. Die einzelnen kugelkalottenartigen Verformungen 13 sind über weiche Übergänge 14 miteinander verbunden, so daß sich im Querschnitt eine gekräuselte Schnittfläche mit ungleichmäßig hohen Wellungen ergibt. The in F i g. 3, taken along line A-A of FIG The guided cut through the membrane does not meet every spherical cap-shaped deformation in their largest diameter. Therefore, in addition to the relative high deformation 13 a also less high deformation 13 b. The individual spherical cap-like Deformations 13 are connected to one another via soft transitions 14, so that in cross section a crinkled cut surface with irregularly high corrugations results.

Die Membran hat daher in jeder beliebigen Schnittrichtung, insbesondere also in einem Radialschnitt und in einem Umfangsschnitt genügend Material, um einer Verformungskraft zu folgen, ohne daß dabei irgendwelche nachteiligen Effekte auftreten. The membrane therefore has to cut in any arbitrary direction, in particular So in a radial section and in a circumferential section there is enough material to produce a To follow deformation force without any adverse effects occurring.

Man kann die Membran mit Hilfe der Prägeform der F i g. 4 auf einfachc Weise herstellen. Diese Prägeform besteht aus zwei Formteilen 15 und 16, zwischen deren Stirnflächen 17 und 18 der Membranrohling 19 gelegt wird. In die Stirnfläche 17 ist als Druckfläche ein breiter Ring 20 aus elastischem Material eingesetzt, während die Stirnfläche 18 als Druckfläche eine Kugelpackung 21 trägt. Diese besteht hier aus einer Vielzahl ungleichmäßig verteilter Stahlkugeln, die mit Hilfe eines Klebers 22 an den Kolben 16 befestigt sind. Selbstverständlich können die Kugeln auch in einer gleichmäßigen Anordnung vorgesehen sein. Man braucht sie auch nicht unbedingt am Formteil 16 festzulegen, wenn das Formteil 16 die veranschaulichte Stellung während des Prägens beibehält. Statt dessen kann auch die Stirnfläche 18 des Formteiles 16 direkt so bearbeitet sein, daß kalottenförmige Vorsprünge vorhanden sind. Gegebenenfalls können auch beide Formteile mit Prägevorspriingen versehen sein, die dann so angeordnet sein müssen, daß sie ineinandergreifen. You can use the embossing die of FIG. 4 on simple c Manufacture way. This embossing mold consists of two mold parts 15 and 16, between the end faces 17 and 18 of which the membrane blank 19 is placed. In the frontal area 17 a wide ring 20 made of elastic material is used as a pressure surface, while the end face 18 carries a spherical packing 21 as a pressure surface. This exists here from a large number of unevenly distributed steel balls, which with the help of a Adhesive 22 are attached to the piston 16. Of course the balls can also be provided in a uniform arrangement. You don't need them either absolutely to be set on the molded part 16 if the molded part 16 is the illustrated Maintains position during embossing. Instead, the end face 18 of the molded part 16 be processed directly so that dome-shaped projections are present are. If necessary, both molded parts can also be provided with embossing projections be, which must then be arranged so that they interlock.

Auf diese Weise entsteht eine Membran, deren Druck-Weg-Charakteristik in dem P-s-Diagramm der F i g. 5 in der Kurve I (voll ausgezogen) dargestellt ist. Die Kurve 11 (gepunktet) zeigt die Charakteristik einer nicht behandelten ebenen Membran. Die Kurve III (strichpunktiert) gibt die Verhältnisse bei einer Membran mit ringförmigen Erhöhungen und Vertiefungen wieder. Es ist deutlich zu erkennen, daß die erfindungsgemäße Membran die bekannten Membranen hinsichtlich der Linearität, der Länge des linearen Bereichs und der maximalen Auslenkung übertrifft. Sie besitzt eine geringere Steifigkeit als die Membran mit ringförmigen Verformungen (Kurve III) und zeigt weniger Neigung zur Schnappwirkung als die unbehandelte ebene Membran (Kurve II). This creates a membrane with its pressure-displacement characteristics in the P-s diagram of FIG. 5 is shown in curve I (fully extended). Curve 11 (dotted) shows the characteristics of a plain that has not been treated Membrane. Curve III (dash-dotted) gives the conditions for a membrane with annular ridges and depressions again. It can be clearly seen that the membrane according to the invention the known membranes in terms of linearity, the length of the linear area and the maximum deflection. she owns a lower rigidity than the membrane with annular deformations (curve III) and shows less tendency to snap action than the untreated flat membrane (Curve II).

Das Material, aus dem die Membran hergestellt ist, spielt für die Erfindung zunächst eine untergeordnete Rolle, da die relativen Beziehungen zwischen den verschiedenen Membranformen die gleichen bleiben. Die größte Bedeutung jedoch hat der Erfindungsvorschlag bei Metallmembranen, deren Beweglichkeit von vornherein geringer ist als bei Membranen aus elastischerem Material, wie Gummi. The material from which the membrane is made plays for the Invention initially played a subordinate role, as the relative relationships between the different membrane shapes remain the same. The greatest importance, however the invention proposal has in metal diaphragms, their mobility from the outset is lower than with membranes made of more elastic material, such as rubber.

Auch die Zahl der Verformungen ist nicht kritisch.The number of deformations is also not critical.

Gute Ergebnisse wurden mit etwa tausend kugelkalottenförmigen Prägungen erzielt, wobei der Kugeldurchmesser der Membrangröße angepaßt war.Good results were obtained with about a thousand spherical cap-shaped embossments achieved, the ball diameter of the membrane size was adapted.

Die Kräuselung in den Zeichnungen ist übertrieben dargestellt. Zur Erzielung des angestrebten Effekts genügen auch wesentlich geringere Verformungen. The curl in the drawings is exaggerated. To the Significantly smaller deformations are also sufficient to achieve the desired effect.

Claims

Claims: 1. Membrane, characterized in particular for pressurized cans, that they (6) have a large number of adjacent ones on a substantial part of their area Has deformations (13) in any cutting direction in cross section when viewed, result in a crinkled cut surface (FIG. 3).

2. Membrane according to claim 1, characterized in that the crimped Surface is at least partially formed by spherical cap-shaped deformations.

3. Membrane according to claim 2, characterized in that the spherical caps by soft transitions (14) are connected to one another.

4. Embossing mold for producing the membrane according to one of the claims 1 to 3, characterized in that one of the molded parts (16) has the spherical cap-shaped Deformation generating end face. (18) a number of juxtaposed Balls (21) carries.

Documents considered: British Patent No. 856977.