DE1673561A1 - Auf den Druck eines Steuerdruckmittels ansprechende Steuervorrichtung - Google Patents

Auf den Druck eines Steuerdruckmittels ansprechende Steuervorrichtung

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DE1673561A1
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Description

DRESSER INDUSTRIES, INC.
Republic National Bank Building,
Dallas, Texas / V.St.A.
Pat entanme!dung Auf den Druck eines Steuerdruckmittels ansprechende Steuervorrichtung
Die Erfindung betrifft eine auf den Druck eines Steuerdruckmittels ansprechende Steuervorrichtung zur Bewegung des Betätigungsgliedes einer Vorrichtung, z.B. einer Schaltervorrichtung.
Bei der Steuerung technischer Vorgänge ist es bekannt, einen Schalter z.B. mittels eines Faltenbalges oder einen Membran ein- und/oder auszuschalten, der auf den Druck eines Strömungsmittels in einem Behälter oder einer Leitung anspricht. In vielen Jällenist die Genauigkeit und Empfindlichkeit der Steuervorrichtung wesentlich und hierfür notwendig, alle mechanischen Zwischenelemente, die Ungenauigkeiten und Zeitverluste in der Steuervorrichtung hervorrufen könnten, zu vermeiden. Derartige Ungenauigkeiten und Zeitverluste, die z.B» durch Reibung zwischen Teilen der Steuervorrichtung hervorgerufen werden können, bestehen auch bei einer bekannten ein-
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fachen Ausführungsform einer druckmittelbetätigten Stauervorrichtung, bei der in einem druckmitteldichten Gehäuse eine Membran auf ihrer einen Seite dem Druck eines Steuerdruckmittels ausgesetzt und an ihrer anderen Seite mit einem Stempel oder sonstigen Übertragungsglied verbunden ist, das die durch die Einwirkung des Druckmittels auf die Membran hervorgerufene Bewegung derselben auf einen Schalter oder ein sonstiges Betätigungsglied zu dessen Bewegung überträgt. Hierbei werden insbesondere durch die Mittel zur Verbindung der Membran mit dem Übertragungsglied sowie die zur Führung desselben dienenden Mittel kleine, aber doch beachtliche Ungenauigkeiten verursacht.
Durch die Erfindung soll demgegenüber eine auf den Druck eines Druckmittels ansprechende Steuervorrichtung geschaffen werden, bei der solche Ungenauigkeiten vermieden sind und die ausserdem zur Steuerung bei verschieden grossen Drücken des Steuerdruckmittels anwendbar ist. Z.B. soll ermöglicht sein, dass die Steuervorrichtung in einem Anwendungsfall auf Druek-
änderungen im Bereich von etwa 0,07 bis 3,5 kg/cm (1 psi bis
50 psi) und in einem anderen Anwendungsfall bis etwa 211 kg/cm (3000 psi) anspricht. In vielen Fällen ist ferner erwünscht, dass die Umstellung einer solchen Steuervorrichtung von einem Druckbereich auf einen anderen Druckbereich durch Personal durchgeführt wird, das hierzu nicht besonders ausgebildet ist. Hierdurch wird, da bei den bekannten Steuervorrichtungen dieser Art diese Umstellung ein vollständiges Auseinandernehmen und
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BADORlGiNAL
den Ersatz von genau zusammenpassenden Teilen der Steuervorrichtung notwendig mäht, die Möglichkeit von Ungenauigkeiten vergrüssert mit dem Ergebnis, dass die einwandfreie Wirkung und die Betriebssicherheit der Steuervorrichtung beeinträchtigt wird. Durch die Erfindung soll daher auch ermöglicht werden, dass der Dnackbereich, in dem die Steuervorrichtung anspricht, in einfacher Weise geändert v/erden kann, ohne dass es hierzu notwendig ist, die wesentlichen Teile der Steuervorrichtung auseinanderzunehmen und diese Teile für sich aus- % ziiwechseln.
Dengemiiss bestellt die Erfindung bei einer auf den Druck eines Druck- bzw. Steuerdruckmittels ansprechenden Steuervorrichtung mit einer in einem Gehäuse in einer Membrankammer angeordneten Membran, die auf der einen Seite durch den Druck des Stauerdruckmittels belastet ist und mit der anderen Seite auf einen durch ein elastisches Belastungsglied in Anlage an der Membran gehaltenen Kolben einwirkt, dessen Bewegungen über Zwischenglieder auf das Betätigungsglied einer durch die Steuervorrichtung zu betätigenden Vorrichtung übertragen wird, darin, dass der Kolben in zentrierter Stellung mit radialem Spiel frei in dem ihr umgebenden Teil der Steuervorrichtung axial beweglich ist und mit dem Kolben durch eine symmetrisch angeordnete Flachfeder verbunden ist, die seitlich über den Kolben hinausragt und ihn auf der einen Seite der Membran zur Durchführung der Steuerbewegungen in Abhängigkeit von dem Druck des Steuerdruckmittels in der zentrierten Stellung hält.
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Bei einer in dieser Weise gemäss der Erfindung ausgebildeten Steuervorrichtung wird durch, die angegebene einfache Flachfeder erreicht, dass zwischen dem Kolben und dem diesen umgebenden Teil der Steuervorrichtung, der vorzugsweise durch einen Zylinderring gebildet ist, keine Reibungsberührung besteht, so dass Ungenauigkeiten und Verzögerung, die sonst durch eine solche Reibungsberührung hervorgerufen werden könnten, völlig vermieden sind. Die Membran übergreift hierbei den Zylinderring und wirkt auf die Stirnfläche des Kolbens entgegen der Kraft einer Schraubenfeder ein, die auf der anderen Seite des Kolbens an diesem angreift. Änderungen im Kräftegleichgewicht, die durch den Druck des Strömungsmittels bzw. Steuerdruckmittels hervorgerufen werden, werden in an sich bekannter Weise durch Zwischenglieder weitergeleitet, um das Betätigungsglied der zu betätigenden Vorrichtung z.B. einer Schaltvorrichtung, zu bewegen. Vorzugsweise bilden der Kolben, der Zylinderring und die Flachfeder eine vorher zusammengesetzte Einheit. Dabei kann eine solche Einheit, bei der die dem Druck des Druckmittels ausgesetzteKolbenfläche verhältnismässig gross ist, für den Betrieb der Steuervorrichtung mit niedrigem Steuerdruck und eine Einheit mit kleiner Kolbenfläche für hohen Steuerdruck verwendet werden. Wenn die äusseren Abmessungen solcher Einheiten gleich sind, können die Einheiten gegeneinander ausgewechselt werden. Hierdurch kann der Ansprechbereich der Steuervorrichtung in einfacher Weise geändert werden, ohne dass es notwendig ist, die Steuervorrichtung völlig auseinander zu nehmen.
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Nachstehend ist die Erfindung an Hand der in der Zeichnung als Beispiele dargestellten Ausführungsforraen näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 die Yorderansicht einer durch die Steuervorrichtung nach der Erfindung zu betätigenden Schaltvorrichtung mit der Steuervorrichtung zum Teil im axialen Schnitt}
Mg.2 eine Seitenansicht zu Fig. 1;
Fig. 3 einen vergrösserten Axialschnitt durch einen Bereich der Steuervorrichtung, der den Kolben mit Zylinder enthält;
Fig. 4 einen der Fig. 3 entsprechenden Schnitt, bei dem die Teile der Steuervorrichtung eine Stellung einnehmen, die einem gegenüber dem Betriebszustand nach Fig. 3 erhöhtem Druck entspricht;
Fig. 5 einen Axialschnitt durch einen Kolben und Zylinder mit gegenüber Fig. 1 bis 4 verkleinerter Druckeinwirkungsflache, d.h. einer Ausführungsform, die für hohe Betriebsdrücke bestimmt ist, und
Fig. 6 eine schaubildliche Ansicht der symmetrischen Flachfeder, die zur Anordnung des Kolbens in dem Zylinder dient.
Gemäsa Fig. 1 und 2 ist in einem z.B. aus Gussmetall bestehenden Gehäuse 2 eine empfindliche Schaltvorrichtung
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mit einem Betätigungsglied 6 angeorlnet, durch dessen sehr kleine, im Bereich von Tausendstel eines Zolls liegende Bewegungen eine oder mehrere Gruppen von Schalterkontakten geöffnet und geschlossen werden. Ander einen Seite des Gehäuses 2 ist ein Stutzen 8 mit einer einen !Durchlass 10 bildenden Bohrung angeordnet. Der Durchlass 10 führt zu einer im unteren Teil des Stutzens 6 angebrachten erweiterten zylindrischen Bohrung 12, die oben durch einen flachen Ringsitz 14 begrenä ist. fß Auf das untere Ende des Stutzens 8 ist mittels mehrerer Kopfschrauben 18 ein mit Gewinde versehenes Anschlusstück 16 dichtschliessend aufgeschraubt, das mit einem mittleren Durchlasskanal 20 für ein Steuerdruckmittel versehen ist.
In dem von dem Stutzen 8 und dem Anschlusstück 16 umschlossenen Hohlraum ist die Steuervorrichtung nach der Erfindung angeoünet, die als wesentliche Teile gemäss Fig. 3 bis 6 einen Kolben 22, einen diesen umfassenden Zylinderring 24 und eine Federvorrichtung 26 in Form eines mit radialen Armen versehenen symmetrischen Flachelementes aus Metall aufweist. Der Zylinderring 24 ist im Querschnitt L-förmig gestaltet und mit einem nach innen vorspringenden unteren Flansch versehen, der eine flache Ringsitzfläche 28 bildet. Der Kolben 22 ist entsprechend abgestuft und weist demgemäss einen oberen Querschnittsteil 30 von grösserem Durchmesser und einen unteren Querschnittsteil 32 mit kleinerem Durchmesser auf. Zwischen dem Kolben und dem Zylinderring ist in radialer Richtung ein Ringspalt c gebildet, dessen Weite zur Gewährleistung eines freien Spielee zwischen
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diesen beiden Teilen mindestens 0,05 "bis etwa 1,3 Millimeter betragen soll. Nach Fig. 6 weist die Federvorrichtung 26, die aus dünnem flachem Federmetall besteht, einen äusssren Ring und einen nabenförmigen Mittelteil 31 auf, der mit dem äusseren Ring durch die symmetrisch angeordneten speichenartigen .Arme 27 verbunden ist. Beim Zusammenbau der Federvorrichtung mit dem Kolben 22 und dem Zylinderring 24 wird ein dünner Ringflansch 33 über den Mittelteil 31 der Federvorrichtung heruntergebogen, um die Federvorrichtung bzw. die Flachfeder 26 und den Kolben 22 fest miteinander zu verklammern. Der äussere.Ring 29 der Flachfeder 26 ist mit dem Zylinderring vorzugsweise durch Heftschweissung oder in anderer Weise verbunden. Durch diese Verbindungen wird der Kolben 22 in seiner mittleren Lage und unter Gewährleistung seines radialen Spfeles in dem Zylinderring 24 zentriert, ist aber in diesem mit den aus Fig.3 und 4 ersichtlichen Grenzen axial beweglich. An den unteren Flächen des Kolbens 22 und des Zylinderringes 24 liegt eine druckmittelundurchlässige Membran 34 z.B. aus Gummi an, die an ihrem Umfangsrand durch einen im Querschnitt etwa kreisförmigen Dichtungsring 36 eingespannt und abgedichtet ist und deren untere Fläche über den Durchlasskanal 20 dem Druck des Steuerdruokmittels ausgesetzt ist. Der auf den Kolben 22 durch das Steuerdruckmittel ausgeübte Gesamtdruck ist eine Funktion des Durchmessers De (Fig. 4) des Kolbens.
Auf der anderen Seite des Kolbens 22 ist ein scheiben-
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förmiges Stützglied 38 angeordnet, das an seiner Unterseite mit einer mittleren konischen Spitze 42 für den Eingriff in eine mittlere konische Ausnehmung 40 des Kolbens und an seiner Oberseite mit einem Stützrand 44 zur Abstützung und Befestigung des einen Endes einer Schraubendruckfeder 50 versehen ist. Das obere Ende dieser Feder stützt sich gegen eine in das obere Ende des Stutzens 8 eingeschraubte Kappe 52.ab. Die Kraft der Feder 50 ist so bemessen, dass sie den Kolben nach unten gegen die Ringsitzfläche 28 des Zylinderringes 24 anpresst, solange der über die Aussenseite der Membran 34 auf den Kolben von unten ausgeübte Druck des Steuerdruckmittels einen bestimmten Wert nicht überschreitet, vgl.Fig. 3. Eine Bewegung des Kolbens 22 aus dieser Stellung heraus, wird auf das Betätigungsglied 6 der Schaltvorrichtung 4 mittels einer Schubstange 48 übertragen, die mit ihrem unteren Ende in eine obere mittlere Ausnehmung 46 der Stützscheibe 38 eingreift. Der Kolben 22 wird zur Betätigung der ScMtvorrichtung 4 nur dann von der Sitzfläche 28 abgehoben, wenn der auf den Querschnittsteil 32 mit dem Durchmesser De einwirkende Druck des Steuerdruckmittels die abwärts gerichtete Kraft der Feder 50 übersteigt. Die Grosse des Druckes, bei dem die Schaltvorrichtung 4 betätigt wird, ist daher abhängig von der Grosse des Durchmessers De und der Federkonstante der Feder 50.
Die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform des Kolbens und des Zylinders entspricht grundsätzlich der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4. Jedoch weist der Kolben 22' eine erheblich klei-
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ORiGfNAL INSPECTED
nere dem Druck des Steuerdrucfcinittels ausgesetzte Fläche mit dem Durchmesser Ds auf, wobei der nach innen gerichtete Ringflansch des Zylinderringes 24' entsprechend grosser ist. Durch Verwendung von Kolben- und Zylindereinheiten, bei denen der Druck des Steuerdruckmittels auf Steuerflächen des Kolbens verschieden grossem Durchmessers, z.B. der Durchmesser De und Ds, einwirkt, bzw. durch einfachen Austausch solcher Einheiten kann daher der Ansprechbereich der Steuervorrichtung leicht und schnell geändert werden. Je nach den Betriebsbedingungen ' μ kann dabei dieselbe Belastungsfeder 50 für verschiedene Kolben— und Zylindereinheiten verwendet werden, oder auch die Belastungsfeder ausgewechselt werden.
Zur Änderung des Ansprechbereiches ist es lediglich notwendig, die Kopfschrauben 18 sowie die Membran 34 mit dem Dichtungsring 36 wegzunehmen und die Kolben- und Zylindereinr heit gegen eine andere Einheit auszuwechseln, bei der die dem Druck des Steuerdruckmittels auggesetzte Fläche entsprechend kleiner oder grosser ist. Da der Kolben 22 bzw. 22', % der Zylinderring 24 bzw. 24' und die Flachfeder 26 jeweils vorher fertig zusammengesetzte Einheiten bilden, können diese Teile beim Auswechselnder Einheiten nicht falsch zusammengesetzt werden, so dass eine im wesentlichen narrenaichere Umstellung der Steuervorrichtung auch durch ungelerntes Personal gewährleistet ist. Weiterhin berühren sich der Kolben und der Zylinder bei axialen Bewegungen des Kolbens nicht, so dass Reibungskräfte, die beim Betrieb der Steuervorrichtung
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zu Ungenauigkeiten bzw. zum verzögerten Ansprechen Anlass geben könnten, nicht auftreten. Gegenüber bekannten Steuervorrichtungen dieser Art wird daher durch die Erfindung eine genauer arbeitende Steuervorrichtung geschaffen, die darüberhinaus für verschiedene Ansprechbereiche leichter einstellbar ist.
Die dargestellte und beschriebene Ausführungsform kann in mancherlei Hinsicht geändert werden, ohne den Eahmen der in
den Patentansprüchen gekennzeichneten Erfindung zu verlassen.
Patentansprüche:
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Claims (7)

Patentansprüche
1. Auf den Druck eines Steuerdruckmittels ansprechende Steuervorrichtung mit einer in einem Gehäuse in einer Membrankammer angeordneten Membran, die auf der einen Seite durch den Druck des Steuerdruckmittels belastet ist und mit der anderen Seite auf einen durch ein elastisches Belastungsglied in Anlage an der Membran gehaltenen Kolben einwirkt, dessen Bewegungen über Zwischenglieder auf das Betätigungsglied einer durch die Steuervorrichtung zu betätigenden Vorrichtung über- M tragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22, 22') in zentrierter Stellung mit radialem Spiel (c) frei in dem ihn umgebenden Teil (24, 24') der Steuervorrichtung axial beweglich ist und mit dem Kolben durch eine symmetrisch angeordnete Flachfeder (26) verbunden ist, die seitlich über den Kolben hinausragt und ihn auf der einen Seite der Membran (34) zur Durchführung der Steuerbewegungen in Abhängigkeit von dem Druck des SteuerdruckmittelB in der zentrierten Stellung hält.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachfeder (26) auf der der Membran (34) abgewendeten Seite des Kolbens (22, 22') mehrere speichenartige Radialarme (27) aufweist.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der den Kolben (22, 22') umgebende Teil der Steuervorrichtung durch einen Zylinderring (24, 24') ge-
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ORIQlNAl, INSPECTED
bildet ist, mit dem die Flachfeder (26) unter Abstützung verbunden ist.
4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Stirnfläche des Zylinderringes (24, 24') an der mit dem Kolben (22, 22') verbundenen Seite der Membran (34) an dieser anliegt und die Berührungsfläche derselben mit dem Kolben umgibt.
5. Steuervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22, 22'), der Zylinderring (24r 24') und die Flachfeder (26) eine vorher zusammengesetzte, auswechselbare Einheit bilden.
6. Steuervorrichtung- nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderring (24, 24') einen L-förmigen Querschnitt mit an seiner unteren Seite radial nach innen vorspringenden und in Berührung mit der Membran (34) befhdlichem Flansch aufweist, der an seiner oberen Seite eine Ringsitzfläche (28) für den Kolben (22, 22') bildet, und dass der Kolben mit seinem mittleren Teil in die vom Innenrand dieses Flansches begrenzte Öffnung des Zylinderringes hineinragt und mit der freien Stirnfläche dieses Mittelteiles der durch die Membran übertragenen Druckkraft des Steuerdruckmittels ausgesetzt ist.
7. Steuervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das die Steuervorrichtung aufnehmende Gehäu-
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se (8) auf der dem Druck des Steuerdruckmittels ausgesetzten Seite der Membran (34) ein die Membrankammer auf dieser Seite begrenzendes Anschlusstück (16) aufweist, das lösbar mit dem Gehäuse verbunden ist und die Membran in ihrer die Kolben- und Zylindereinheit übergreifenden Lage gegenüber dem Gehäuse derart einspannt, dass die Membran sowie die Kolben- und Zylindereinheit wegnehmbar sind, wenn das Anschlusstück weggenommen ist.
Der Patentanwalt
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