DE1255500B - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl:

F15b

Deutsche Kl.: 60-30

Nummer: 1255 500

Aktenzeichen: S 672041 a/60

Anmeldetag: 22. Februar 1960

Auslegetag: 30. November 1967

Die Erfindung betrifft einen durch wahlweise Be- oder Entlüftung verschiedener Druckräume über getrennte Druckleitungen zu betätigenden mehrstufigen Membranantrieb zur Steuerung eines Stellgliedes.

Ist ein solches Stellglied z. B. ein Ventil, das zum öffnen und Absperren von Rohrleitungen dient, wie dies z. B. bei Meßanlagen der Fall ist, um die Abgabe einer durch ein Mengeneinstellwerk vorbestimmten Flüssigkeitsmenge zu ermöglichen und nach Abgabe dieser Menge den weiteren Zufluß zu unterbrechen, so muß ein solches Ventil in der Absperrstellung völlig dicht schließen, während es bis zum Erreichen dieser Stellung, um z. B Flüssigkeitsschläge zu vermeiden, vor der Abgabe der gesamten vorbestimmten Flüssigkeitsmenge eine oder mehrere Zwischenstellungen einnehmen muß, in denen der Durchfluß stufenweise vermindert wird.

Üblicherweise wird hierzu das Ventil in die Endstellungen durch Be- bzw. Entlüften und in die Zwischenstellungen durch Änderung des Luftdruckes gebracht. Da solche Druckänderungen nicht mit der gewünschten Genauigkeit erreichbar sind, ergibt sich insbesondere dann, wenn das Ventil zur Steuerung genau zu bemessender Durchflüsse dient, der Nachteil, daß die Zwischenstellungen nicht genau eingehalten werden können und/oder die Ventilbewegung in die Absperrstellung nicht mit der erforderlichen Geschwindigkeit erfolgt.

Diese Nachteile kann man durch Verwendung einer bekannten Fernsteuereinrichtung vermeiden, bei der der Antrieb für ein Stellglied aus mehreren aus Zylinder und diesen abschließender, als Kolben arbeitender druckbeweglicher Wand gebildeten Druckkammern besteht, die derart miteinander mechanisch gekoppelt sind, daß jeweils der Zylinder der nachgeordneten Druckkammer starr mit der druckbeweglichen Wand (Kolben) der vorgeordneten Druckkammer verbunden ist. Da jede Druckkammer über getrennte Druckleitungen wahlweise be- oder entlüftbar ist, können in Abhängigkeit davon, welche Druckkammern be- oder entlüftet sind, außer den beiden Endstellungen verschiedene Zwischenstellungen erzielt werden. Infolge der starren Verbindung zwischen der druckbeweglichen Wand (Kolben) einer Druckkammer und dem Zylinder der nachgeordneten Druckkammer bewegen sich sämtliche nachgeordneten Druckkammern und damit auch die Anschlüsse der verschiedenen Druckleitungen. Dieser konstruktive Aufbau erfordert somit besondere Vorkehrungen zum Schutz der bewegten Druckleitungen, eine besondere Führung der Druckkammern und insgesamt eine unerwünscht große Bauhöhe.

Mehrstufiger Membranantrieb

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Martin Klobe, Karlsruhe

Es ist Aufgabe der Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen und einen Membranantrieb zu gewinnen, der nicht nur einen einfachen konstruktiven Aufbau besitzt, sondern auch eine genaue Einstellung des Ventils bzw. des Stellgliedes in Zwischenstellungen

ao ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die verschiedenen Druckräume in an sich bekannter Weise durch Unterteilung einer einzigen aus feststehenden Wandteilen und einer entgegen der Stellas richtung federbelasteten, druckbeweglichen Wand mit daran starr befestigtem Stellglied bestehenden Druckkammer mittels weiterer druckbeweglicher Zwischenwände gebildet sind, und daß die druckbeweglichen Zwischenwände untereinander bzw. die feste Wand mit der benachbarten druckbeweglichen Zwischenwand so flexibel verbunden sind, daß sie in Stellrichtung nur einen vorgegebenen Abstand voneinander einnehmen können.
Vorzugsweise ist der vorgegebene Abstand der einzelnen Zwischenwände jeweils doppelt so groß wie der Abstand der vorgeordneten Zwischenwände. Es ist zwar bereits bekannt, mehrere Druckkammern zur Betätigung eines Stellgliedes zu belüften bzw. zu entlüften, hierbei sind aber die Druckkammern derart mittels eines Gestänges miteinander mechanisch gekoppelt, daß alle beweglichen Wände gleichzeitig auf das Stellglied einwirken. Abgesehen von dem komplizierten konstruktiven Aufbau ist dieser bekannte Antrieb auch insofern nachteilig, als Zwischenstellungen des Stellgliedes nur durch Druckänderungen in den Druckkammern erzielt werden können. Diese Druckänderungen sind aber nicht mit der gewünschten Genauigkeit erreichbar, so daß die Zwischenstellungen nicht genau eingehalten werden können.

Es ist auch bereits eine Servo-Bremse bekannt, bei der zwischen zwei festen Gehäuseschalen zwei Mem-

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branen eingespannt sind, von denen die eine Mem- maßen nach der in der Schaltungstechnik bekannten bran etwa in der Mitte zwischen den Gehäuseschalen digitalen Methode gebracht, d. h._; die eine Einstellung verläuft und die andere Membran an einer Gehäuse- des Antriebes und damit das Öffnen des Ventils schale anliegt. Die eine Membran ist auf der Innen- erfolgt durch den Preßluftdruck in den Druckleitunseite mit einem Gestänge verbunden und auf der 5 gen 7 und 8, eine weitere Stellung des Antriebes

anderen Seite durch eine Platte in einem vorbestimm- und damit eine Einstellung des Ventils in die Zwi-

ten Abstand von der anderen Membran gehalten, schenstellung durch Preßluftdruck in der Druck-

so daß auch bei einer Störung im Hauptbremssystem leitung 7 bei Entlüftung der Druckleitung 8 und eine

durch die dann von dem Hilfsbremssystem veranlaßte dritte Stellung des Antriebes, die ein Schließen des

Auslenkung der anderen Membran infolge der zwi- io Ventils zur Folge hat, durch Entlüften der Druckschen den Membranen liegenden Platte das mit der leitungen 7 und 8.

einen Membran verbundene Gestänge in seine Brems- Die in F i g. 1 dargestellte Anlage ist, mit Auslage gebracht wird; die bekannte Servo-Bremse ent- nähme des Membranantriebes 6, nicht Gegenstand spricht also einem einstufigen Membranantrieb. der Erfindung.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele des 15 Um diese Steuerung des Ventils zu erreichen, sind

Gegenstandes der Erfindung dar. Es zeigt verschiedene Druckräume vorgesehen, die, wie die

Fig. 1 eine Flüssigkeitsmeßanlage mit einer Men- Fig.2 erkennen läßt, dadurch gebildet sind, daß die

geneinstelleinrichtung und Verwendung des erfin- einzige Druckkammer 20, die durch feststehende

dungsgemäßen Membranantriebs, Wandteile und die druckbewegliche Wand 21 mit

Fig.2 einen Längsschnitt durch einen Membran- 20 dem starr befestigten Ventil22 gebildet ist, durch

antrieb mit einer Zwischenstellung, die weitere druckbewegliche Zwischenwand 23 in

Fig.3 einen Längsschnitt durch einen Membran- zwei Teilkammern24 und 25 unterteilt ist. Beide

antrieb mit sechs Zwischenstellungen. Wände sind an den feststehenden Wandteilen ein-

Bevor die von rechts zuströmende Flüssigkeit ab- gespannt. Die Teilkammer 24 ist an die Druckgegeben wird, erfolgt die Einstellung der abzugeben- 25 leitung 7 und die Teilkammer 25 an die Druckden Flüssigkeitsmenge an der Mengeneinstelleinrich- leitung 8 angeschlossen; die Druckleitungen sind datung 1. Durch den Schalthebel 2 derselben wird der bei an den feststehenden Wandteilen angebracht. Schalter 3 so betätigt, daß er zwei z. B. als Dreiwege- Zum Öffnen des Ventils, bei dem das Ventil 22 die hähne ausgebildete Schaltglieder 4 und 5 in eine gezeigte Lage einnimmt, sind die Schaltglieder 4 solche Stellung bringt, daß dem Membranantrieb 6 30 und 5 (Fig. 1) so eingestellt, daß die Teilkammern durch das von oben kommende Rohr Preßluft (oder 24 und 25 belüftet sind. Dabei ist durch einen Stößel ein anderes Druckmedium) über die Druckleitungen 7 41, der an seinem einen Ende an der weiteren druck- und 8 zugeleitet wird. Hierdurch wird, wie später beweglichen Zwischenwand 23 befestigt und an noch an Hand des in der F i g. 2 dargestellten Mem- seinem anderen Ende bis zu einem Anschlag in den branantriebes 6 erläutert wird, dieser Antrieb so be- 35 oberen Wandteilen der Druckkammer 20 verschiebtätigt, daß die zum Abnehmer 9 führende Zuleitung bar ist, dafür gesorgt, daß die Zwischenwand 23 in 10 durch ein Ventil (Stellglied) geöffnet wird. Es Stellrichtung nur einen vorgegebenen Abstand von erfolgt die Flüssigkeitsabgabe. Das durch die strö- den oberen Wandteilen einnehmen kann. Entmende Flüssigkeit betätigte Meßorgan 11 verstellt die sprechend ist mittels eines flexiblen Abstands-Mengeneinstelleinrichtung 1. Nach Abgabe eines 40 elementes 42, z. B. einer Schnur, das sowohl an der Teiles der vorbestimmten Flüssigkeitsmenge wird das Zwischenwand 23 als auch an der druckbeweglichen Schaltglied 5 durch den Schalthebel 2 der nach Null Wand 21 befestigt ist, dafür Sorge getragen, daß der laufenden Mengeneinstelleinrichtung 1 in eine solche Abstand zwischen den beiden Wänden in Stellrich-Stellung gebracht, daß die Druckleitung 8 durch das tung einen vorgegebenen Wert nicht überschreiten nach rechts führende Rohr entlüftet wird. Dadurch 45 kann. Sperrt nach Abgabe eines Teiles der vorgelangt das unter dem Einfluß einer Rückstellfeder bestimmten Menge das Stellglied 5 die Preßluft ab stehende, vom Membranantrieb 6 gesteuerte Ventil und ermöglicht eine Entlüftung der Druckleitung 8, in eine Zwischenstellung, in der der Durchfluß ge- so bewegt sich die unter dem Einfluß einer Rückdrosselt wird, so daß die noch zu liefernde Rest- stellfeder stehende Wand 21 so weit nach oben, daß menge, z. B. 41, langsamer als vorher abfließt. Nach 50 das ebenfalls unter dem Einfluß einer Rückstellfeder Abgabe dieser Restmenge gelangt unter dem Einfluß stehende Ventil 22 eine Zwischenstellung (gestrichelt) der in die Nullstellung gekommenen Mengeneinstell- einnimmt. Der Durchfluß in Pfeilrichtung ist somit einrichtung 1 auch das Schaltglied 4 in eine solche gedrosselt. Ist schließlich die vorbestimmte Menge Stellung, daß auch die Druckleitung 7 durch das wei- abgegeben, so wird durch Verstellung des Schalttere nach rechts führende Rohr entlüftet wird. Dabei 55 gliedes 4 auch die Druckleitung 7 entlüftet, so daß schließt das Ventil die Zuleitung 10 vollständig ab. sich die Zwischenwand 23 und damit nachfolgend

Man erkennt, daß somit die Einstellung des Ventils auch die Wand 21 so weit nach oben bewegen, daß

in die Zwischenstellung nicht, wie bei einer Einstel- das Ventil 22 schließt (strichpunktierte Lage). Damit

lung mittels bekannter Membranantriebe davon ab- ist der Durchfluß vollständig abgesperrt,

hängt, daß der auf den Membranantrieb ausgeübte 60 Soll der Membranantrieb für eine Steueranlage

Preßluftdruck gegenüber dem zum Öffnen des Ventils irgendeiner Art verwendet werden, in der z. B. zur

erforderlichen Preßluftdruck vermindert wird, son- Einstellung mehrerer Durchflußstärken weitere Zwi-

dern daß das Ventil dadurch mittels des Membran- schenstellungen des Ventils notwendig sind, so kann

antriebes in diese Stellung gebracht wird, daß der zwecks Erhöhung der Zahl der Druckräume die

Preßluftdruck in der an den Membranantrieb an- 65 Druckkammer in weitere Teilkammern unterteilt

geschlossenen Druckleitung 8 beseitigt wird. Der werden.

Membranantrieb und damit das Ventil werden In der F i g. 3 ist schematisch ein Membranantrieb

demnach in ihre verschiedenen Stellungen gewisser- mit sechs Zwischenstellungen gezeigt. Zu diesem

Claims (2)

Zweck ist die Druckkammer in drei Teilkammern 31, 32 und 33 unterteilt, die mit den Druckleitungen 34, 35 und 36 in Verbindung stehen. Das zu verstellende, hier nicht gezeigte Ventil ist an der Stange 37 befestigt, die ihrerseits mit der Wand 38, die unter dem Einfluß einer entgegen der Stellrichtung wirkenden Rückstellfeder steht, fest verbunden ist. Die flexible Verbindung mit den Wänden 39,40 usw. erfolgt durch eine Schnurverbindung, die aus den Elementen 43, 44 und 45 besteht; die Länge dieser Elemente bestimmt die Abstände, die die Wände 38,39 und 40 voneinander bzw. von den feststehenden Wandteilen der Druckkammer in Stellrichtung höchstens aufweisen können. Zum Öffnen des Ventils wird über die Druckleitungen 34,35 und 36 Druckluft durch entsprechende Betätigung von Schaltgliedern zugeführt, während diese Druckleitungen zum Schließen des Ventils entlüftet werden. Zur Verstellung des Ventils in die erste Zwischenstellung werden die Druckleitungen 34 und 35 belüftet, während die Druckleitung 36 entlüftet ist. Die zweite Zwischenstellung wird durch Belüftung der Druckleitungen 34 und 36 erreicht, während die Druckleitung 35 entlüftet ist. Die dritte Zwischenstellung wird durch Belüftung der Druckleitung 34 und durch Entlüftung der Druckleitungen 35 und 36 erreicht. Die vierte Zwischenstellung wird durch Belüftung der Druckleitungen 35 und 36 und Entlüftung der Druckleitung 34 erreicht. Die fünfte Zwischenstellung wird durch Belüftung der Druckleitung 35 und Entlüftung der Druckleitungen 34 und 36 erreicht, während die sechste Zwischenstellung durch Belüftung der Druckleitung 36 und Entlüftung der Druckleitungen 34 und 35 erreicht wird. Um diese sechs Zwischenstellungen bei Unterteilung in drei Teilkammern zu erreichen, ist es erforderlich, daß im belüfteten Zustand die Abstände von der oberen Druckkammerwand zur Wand 40, zur Wand 39 und zur Wand 38 sich wie 1:2:4 verhalten. Der an Hand der vorstehenden Beispiele beschriebene Membranantrieb kann auch bei Stellgliedern Anwendung finden, die zur Steuerung irgendwelcher anderer Arbeitsvorgänge (auch elektrischer Schaltvorgänge) benötigt werden. Patentansprüche:

1. Durch wahlweise Be- oder Entlüftung verschiedener Druckräume über getrennte Druckleitungen zu betätigender mehrstufiger Membranantrieb zur Steuerung eines Stellgliedes, insbesondere eines Ventils zur Steuerung der Abgabe einer durch ein Mengeneinstellwerk vorbestimmten Flüssigkeitsmenge, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Druckräume in an sich bekannter Weise durch Unterteilung einer einzigen aus feststehenden Wandteilen und einer entgegen der Stellrichtung federbelasteten, druckbeweglichen Wand mit daran starr befestigtem Stellglied bestehenden Druckkammer mittels weiterer druckbeweglicher Zwischenwände gebildet sind, und daß die druckbeweglichen Zwischenwände untereinander bzw. die feste Wand mit der benachbarten druckbeweglichen Zwischenwand so flexibel verbunden sind, daß sie in Stellrichtung nur einen vorgegebenen Abstand voneinander einnehmen können.

2. Mehrstufiger Membranantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Abstand der einzelnen Zwischenwände jeweils doppelt so groß wie der Abstand der vorgeordneten Zwischenwände ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1124 725;
britische Patentschrift Nr. 786 201;
USA.-Patentschrift Nr. 2 467 883.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 690/311 11.67

ι Bundesdruckerei Berlin