DE1914690B2 - Druckmittelbetriebene ventilanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetriebene Ventilanordnung zur Steuerung der Bewegung eines einfach wirkenden Membranzylinders, dessen von Druckmittel beaufschlagte, unter Wirkung einer Rückstellfeder stehende Membran am vorderen Ende des die Anordnung aufnehmenden Gehäuses umfangsseitig festgelegt ist, mit einer nach rückwärts federbelasteten hinteren Ventileinheit mit einem Einlaßventilteil und einer nach rückwärts federbelasteten mittleren Ventileinheit mit einem Auslaßventilteil.

Derartige Ventilanordnungen werden unter anderem als pneumatische Motoren, beispielsweise Stellmotoren verwendet. Dabei wird die Zylindermembran von dem auf ihre eine Seite wirkenden Druckmittel zwischen zwei Stellungen bewegt und diese Bewegung auf ein Antriebsglied übertragen. Dieses Antriebsglied kann beispielsweise eine Welle sein, auf die ein Klinkenrad aufgezogen ist, welches seinerseits von einer mit dem bewegten Teil der Zylindermembran verbundenen Klinke angetrieben wird. Bei intermittierender Zuführung von Druckmittel zu der umfangsseitig eingespannten Zylindermembran führt deren mittlerer Bereich eine Hubbewegung aus, die auf das Antriebsglied übertragen wird.

Bei einer bekannten Ausführungsform einer Ventilanordnung werden zum Zuführen und Ableiten des

Druckmittels Drehschieberventile verwendet, die mit entsprechenden Zuström- bzw. Abströmkanälen versehen sind. Diese Drehschieber werden von einem Stößel der Membran über eine entsprechende Übertragungsmechanik gesteuert. Diese Ventilanordnung besitzt also sowohl gleitende als auch drehende Teile, so daß sich Reibungskräfte nicht vermeiden lassen, die zwangläufig zum Abtrieb führen. Darüber hinaus erfordert eine solche Drehschiebersteuerung Schmiermittel, um die Reibung zu vermindern.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung (österreichische Patentschrift 240 127), die eingangs geschildert ist, sind die beiden mit der Zylindermembran, zusammenwirkenden Ventileinheiten durch eine zentrale Stange starr miteinander verbunden Diese o-.angc ist in einem DiutK gieuena geiunrt, der an seiner vorderen Stirnseite die Auslaßöffnung, an seiner hinteren Stirnseite die Einlaßöffnung aufweist. Jedes Ventil weist ferner ein Vorschaltventil ? ;f, in dem die Öffnungen bzw. die sie verschließenden Ventilteile abgestufte zylindrische Form aufweisen. Die Stange ist über die mittlere Ventileinheit hinaus nach vorne als Steuerstößel verlängert, der seinerseits im hohl ausgebildeten Arbeitsstößel der Zylindermembran gleitend geführt ist. Auf dem Steuerstößel wiederum sind zwei Gleithülsen hintereinander angeordnet, die untereinander durch eine Feder auf Distanz gehalten werden und von denen sich die vordere an ei.ier Schulter im Hohlraum des Arbeitsstößels, die hintere an der Außenseite des Auslaßventiltellers abstützt.

Diese vorbekannte Anordnung weist eine Vielzahl von Gleitsitzen auf, so daß auch hier Reibung und damit Verschleiß auftritt. Darüberhinaus müssen einige Gleitsitze so eng toleriert sein, daß kein Druckmittel hindurchtreten kann, sofern das Druckmittel nicht selbst ein Schmiermittel ist und ein entsprechender Energieverlust durch Leckage in Kauf genommen wird. Sofern Druckluft, wie in der Regel der Fall, oder ein anderes, nicht schmierfähiges Druckmittel verwendet wird, muß die Anordnung ständig gewartet werden. Da die geschmierten Teile stets mit dem Druckmittel in Berührung kommen, muß entsprechend häufig gewartet werden. Die benutzten Druckmittel müssen gefiltert und gereinigt werden, um die Gleitsitze nicht zu beeinträchtigen, da die Steuerung bei erhöhter Reibung aussetzen kann. Schließlich müssen die Ventilteller mit ihrem Hauptsitz und dem Vorschaitsitz. wie auch die zugeordneten Ventilöffnungen mit ihren Öffnungsstufen sehr genau bearbeitet und montiert werden, da sie konzentrisch zur Achse der die mittlere und hintere Ventileinheit verbindenden Stange angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schmiermittellose Ventilanordnung zu schaffen, die keiner Wartung bedarf und mit beliebigen, auch ungereinigten Druckmitteln verlustlos betrieben werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einer Ventilanordnung des eingangs geschilderten Aufbaus aus. die sich dadurch auszeichnet, daß die hintere und die mittlere Ventileinheit unabhängig voneinander von je i.iner Membran geführt sind und bei Aufgabe von Druckmittel die hintere Ventileinheit mit der Zylindermembran um einen vorbestimmten Hub bis zur Schließstellung des Einlaßventilteils, in der die hintere Ventileinheit die mittlere Einheit berührt, mitbewegbar ist und anschließend beide Ventilcinheiten unabhängig, von der Zylindermembran durch den auf die Rückseite der hinteren Ventileinheit wirkenden Eingangsdruck bis in die Öffnungsstellung des Auslaßventüteils bewegbar sind. Nach Abströmen des Druckmittels kehrt die Zylindermembran unter Wirkung der Rückstellfeder in die Ausgangslage zurück, das Auslaßventil schließt und das Einlaßventil öffnet, um einen neuen Zyklus zu beginnen.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist in der ίο Führung der beweglichen Teile der Ventileinheiten zu sehen, da hierfür flexible, umfangsseitig im Ventilgehäuse gehaltene Membranen dienen. Dadurch besitzt die Anordnung keine gegeneinander beweglichen, beispielsweise gleitenden Teile, so daß die Energiever-

luste gering sind und kein Schmiermittel und damit praktisch keine Wartung ertorderlicn ist. iina aie

Ventilteile, wie es bei solche.i für druckmittelbetriebene Motoren üblich ist, abgckaoselt, so bringt das Erfordernis der regelmäßigen Schmierung eine beträchtliche Komplikation beim Betrieb solcher Motoren mit sich. Da druckmittelbetriebene Motoren häufig ils Servoeinrichtungen verwendet werden, stellt die durch die Erfindung erreichte Wartungsfreiheit und Unempfindlichkeit gegenüber dem Druckmittel selbst einen erheblichen Vorteil dar.

Bevorzugte Ausgestaltungen tier Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausfüh-

rungsformen sowie an Hand der schematischen Zeichnungen, die in Fig. !. und 2 je eine Druckluftventilanordnung im Axialschnitt in der Ruhelage zeigt.

Die Ventilanordnung weist in der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsform ein Ventilgehäuse auf, welches aus insgesamt vier fest miteinander verbundenen Teilen besteht. Eine tellerförmige Kappe 1 ist über einen zwischengeschalteten Gehäusering 26 mit einem Gehäusemittelteil 13 durch Schrauben 8 verbunden. Diese drei Gehäuseteile schließen einen im wesentlichen zylindrischen Raum ein. Ein vorderes Gehäuseteil IS von kegliger Form enthält die Mittel zur Übertragung der Kraft von der Ventilanordnung zu einem nicht näher dargestellten Antriebsglied. Die rückwärtige Gehäusekappe 1 weist einen Druckmitteleinlaß 28 auf, durch welchen die Druckluft in das Gehäuse eingespeist wird; im Gehäusemittelteil 13 befindet sich der Druckmittelauslaß 29.

Zwischen dem Gehäusemittelteil 13 und dem vorGeren Gehäuseteil 15 die mittels Schrauben od. dgl.

zusammengehalten sind, ist eine Membran 14 mit ihrem Umfangsrand festgelegt. Dies.; Zylindermembran 15 bildet den vorderen Abschluß des vom Gehäuse gebildeten, die Ventilteile aufnehmenden Zylinders. An der Vorderseite der Zylindermembran 14 ist eine Stützplatte 16 mit einer mit Gewinde versehenen, zentralen Durchgangsbohrung angeordnet, welche einen Arbeitsstößel 19 mit einer rückwärtigen Stirnseite 19 A aufnimmt. Der Stützplatte 16 liegt eine Rückstellfeder 17 an, welche die Zylindermembran 14 nach rückwärts drängt.

An der Rückseite der Membran 14 ist eine Muffe 22 mit Flansch 22 A angeordnet, in den die Stützplatte 16 festlegende Schrauben 18 eingreifen. Am rückwärtigen, hülsenförmigen Ende ist die Muffe un-

ter Bildung einer inneren Ringfläche 22 B nach innen eingezogen. Die Zylindermembran 14 besitzt eine zentrale Öffnung, so daß innerhalb der Membran und der Muffe 22 ;ine durchgehende, von der Stößelstirnseite

5 6

19 A begrenzte zylindrische Bohrung 30 entsteht. Eine der Anschlagplatte 27 eingreift und somit die Vor- E ,·

Bewegung der Zylindermembran 14 verursacht eine wärtsbewegung des Ventilteils 24 begrenzt.

gleichgerichtete Bewegung der Muffe 22, der Stütz- Der Anschlagplatte 27 liegt ein Auslaßventil 23 an.

platte 16 und des Arbeitsstößels 19. Innerhalb des das einen konzentrisch zur Spindel 20 angeordneten

vom Gehäuse umschlossenen Zylinders ist eine Spin- 5 Zylinder und am rückwärtigen Ende einen nach γ

del 20 in axialer Richtung angeordnet, die mit ihrem innen eingezogenen Rand 23/1 aufweist. Dieser Rand <.

vorderen, zu einem Kopf 20 A vergrößerten Ende in 23 A dient als Widerlager für das eine Ende einer P

die Bohrung 30 eingreift. Dieser Kopf wirkt mit der zweiten Schraubenfeder 21, welche mit ihrem anderen ■

inneren Ringfläche 22 B der Muffe 22 zusammen. Auf Ende dem Flansch 22 A der Muffe 22 anliegt. Diese

diese Weise wird bei Vorwärtsbewegen (in der Zeich- io Feder 21 belastet somit von der Zylindermembran 14 J:

nung nach links) der Zylindermembran 14 die Spin- aus den Rand 23/1 des Ventilteils 23 und das Ventil-

del 20 mitgenommen, nachdem die Ringfläche 22 B teil 24.

zur Anlage am Kopf 20 A gekommen ist. Bei Rück- Das vordere Ende des Ventilteils 23 weist einen

wärtsbewegung der Zylindermembran 14 kommt die Flansch auf, der auf seiner Rückseite ein ringförmiges

rückwärtige Stirnseite 19 A des Arbeitsstößels 19 zur 15 elastisches Verschlußteil 23B für das Auslaßventil j\

Anlage an den Kopf 20 A und bewegt die Spindel 20 besitzt. Das Gehäusemittelteil 13 weist einen weiteren :

nach hinten. nach innen ragenden Anschlag 13 B auf, der einen

Die Spindel 20 ist an ihrem rückwärtigen Ende von ringförmigen Sitz für das Verschlußteil 23 B bildet,

der hinteren Ve ltileinheit gehalten, die eine Einlaß- Bei Anlage des Verschlußteils 23 B am Sitz 13 B ist ^a

membran 7 aufweist, die ihrerseits umfangsseitig zwi- ao der Auslaß 29 der Ventilanordnung geschlossen,

sehen der Gehäusekappe 1 und dem Gehäusering 26 Am Druckmittelausgang 29 ist ein von elastischen

festgelegt ist. Diese Einlaßmembran 7 weist öffnun- Ringgliedern 9,12 getragener Schalldämpfer 11 ange

gen 7 Λ für den Durchtritt der Druckluft vom Einlaß ordnet, um die von der abströmenden Luft erzeugten

28 in das Gehäuse auf. Auf Grund dieser öffnun- Austrittsgeräusche zu mindern und dem Eindringen

gen 7 A kann der Einlaß 28 hinter der Einlaßmem- 25 von Fremdstoffen zu begegnen. '

bran 7 angeordnet werden, so daß das Volumen zwi- Die Funktion der Ventilanordnung, die bei kon-

schen den Membranen 6 und 7 so gering wie möglich stanter Zufuhr von Druckluft zum Druckmittel- \

gehalten wird. Einlaß 28 zu einer Hin- und Herbewegung der Zylin-

Die Spindel 20 ist mittels Mutter S, Unterlag- dermembran 14 führt, wird nachfolgend beschrieben:

scheibe 4 und elastischer Dichtung 3 an der Einlaß- 30 In der Zeichnung sind alle Teile der Ventilanord-

membran 7 festgelegt. Die Gehäusekappe 1 weist zur nung in ihrer Ruhelage wiedergegeben, in der sich die

Aufnahme dieser Befestigungselemente ein Sackloch Zylindermembran 14 unter Wirkung der Rückstell-

auf, so daß die Einlaßmembran 7 der Vorderfläche feder 17 in ihrer rückwärtigen Stellung befindet. Das

der Kappe 1 anliegen kann. Auslaßventil 13 B, 23 B ist geschlossen, das Einlaß-

Zwischen einem Bund der Spindel 20 und dem 35 ventil 2 A, 24 A hingegen geöffnet,
mittleren Bei eich der Einlaßmembran 7 ist eine nach- Die Druckluft strömt vom Einlaß 28 durch die giebige StüUplatte 2 angeordnet. Diese weist als Ver- Öffnungen 7 A in der Einlaßmembran 7. Sie übt auf schlußteil des Einlaßventils einen ringförmigen die Zylindermembran 14 einen Druck aus, da sie vom Steg 2 A auf, der mit einem koaxial zur Spindel 20 Einlaß 28 über den Kanal zwischen der Spindel 20 angeordneten, zylindrischen Ventilteil 24 zusammen- 40 und dem Ventilteil 24 bis zur Zylindermembran gewirkt. Dieses besitzt an seinem vorderen Ende einen langen kann, und bewegt diese nach vorne, während radial nach innen gezogenen Rand, an dem sich eine alle anderen Teile der Ventilanordnung in der wiedererste Schraubenfeder 25 abstützt, deren rückwärtiges gegebenen Stellung verbleiben. Nach einem bestimm-Ende der Stützplatte 2 innerhalb des Ventilrings 2 A ten Arbeitshub der Zylindermembran 14 gerät der anliegt. Die Feder 25 ist bestrebt, die Einlaßmem- 45 Spindelkopf 20 A mit dem Muffenrand 22 B in L.ebran 7 and das Ventilteil 24 voneinander zu trennen. rührung, so daß bei weiterer Bewegung die Spindel 20 Das rückwärtige Ende des Ventilteils 24 weist einen und damit die hintere Ventileinheit 2, 7 mitgenom-Flansch 24 A auf, dessen rückwärtige Stirnseite als men wird. Hierbei wird die erste Schraubenfeder 25 Ventilsitz für das V;rschlußteil IA dient. Bei Über- zusammengedrückt, jedoch ist diese Feder gegenüber windung der Vorspannkraft der Feder 25 kommt das 50 der weiteren Schraubenfeder 21 so ausgelegt, daß sich Verschlußteil 2 4 zur Anlage an den Ventilsitz 24 A, die mittlere Ventileinheit 6,23, 24, 27, welche über so daß vom Einlaß 28 kein Druckmittel mehr zu der diese Feder von der Einlaßmembran 7 beeinflußt ist, Zylindermembran 14 gelangen kann. Das Ventilteil bei Kompression der Feder 25 nicht mitbewegt. Es ist Bestandteil einer mittleren Ventileinheit, die von ist ersichtlich, daß bei Vorwärtsbewegung der Zylineiner Trägennembran 6 gehalten ist, welche an ihrem 55 dermembran 14 die Spannung der zweiten Schrauben-Umfang zwischen dem Gehäusering 26 und dem Ge- feder 21 verringert wird, so daß die Kraft, mit der die häusemittelteil 13 eingespannt ist Dabei durchgreift mittlere Ventileinheit und die Zylindermembran 14 das Ventilteil 24 eine zentrale Öffnung in der Träger- auseinandergehalten werden, verringert wird. Das membrane. Das Ventilteil 24 kann gegenüber der Auslaßventil 13 B, 23,23 B und die Trägermembran 6 Trägermembran gleiten, jedoch ist diese in der Anlage 60 sind so ausgelegt, daß der auf das Auslaßventil wirmit der vorderen Stirnseite des Sitzes 24 A gehalten. kende Netzdruck in dieser Betriebsstellung nach Das Ventilteil 24 weist Öffnungen 24 B auf, so daß es rückwärts wirkt.

rom Druckmittel unbehindert durchströmt werden Nach einem weiteren Bewegungsabschnitt der

kann. Die Vorderseite der Trägennembran 6 steht in Zylindermembran hat diese die hintere Ventileinheit

Berührung mit einer Anschlagplatte 27, die gleitend 65 und somit die Einlaßmembran 7 um einen bestimmten

das Ventilteil 24 berührt. Am Gehäusemittelteil 13 Betrag nach vorne bewegt, so daß das Verschiußteil

ist ein nach innen vorspringender, ringförmiger An- IA den Ventilsitz 7AA berührt und das Einlaß-

schlag 13 A angeordnet, der in den Bewegungsbereich ventil geschlossen ist Hier ist festzuhalten, daß in

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Einlaßventil

ist, befindet sich die «

ntilteils 24 mittels eines elastischen R

Finlaßseite der Membranen 6 und 7 das ν .rscniuo _Pin1„_R.Ventilteil 24 und dem AuslaßVentilteil

SJ 23 B vom Ventilsitz 13 B abhebt so daß die Emlaß Vent ^te'_{örmi teife Einlage} 37 bildet einen

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Die Trägermembran 6 kann sich von der ruckwar sitz Vcntileinheit vorgesehen, um

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wird darüber hinaus die

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tungsringe 42 und 49 vorgesehen. Mit diesem Hilfsventil kann der maximale Hub der Zylindermembran eingestellt werden, um bei Überbeanspruchung Schaden an der Antriebsmechanik zu vermeiden.

Gemäß Fig. 1 steht der Druckmittel-Einlaß 28 über eine Leitung 28 Λ mit dem das Spindelende aufnehmenden Raum in Verbindung. Dadurch kann der Einlaßdruek auf die gesamte Rückseite der Ein-

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laßmembran 7 wirken. In Fig. 2 sind die vor der Zylindermembran 14 liegenden Teile nicht dargestellt, da sie im wesentlichen den in Fi g. 1 wiedergegebenen Teilen entsprechen können.

Die Erfindung ist vorstehend insbesondere im Hinblick auf die Anwendung pneumatischer Druckmittel geschildert worden, doch kann sie naturgemäß mit hydraulischen Druckmitteln betrieben weiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Druckmittelbetriebene Ventilanordnung zur Steuerung der Bewegung eines einfach wirkenden Membranzylinders, dessen vom Druckmittel beaufschlagte, unter Wirkung einer Rückstellfeder stehende Membran am vorderen Ende des die Anordnung aufnehmenden Gehäuses umfangsseitig festgelegt ist, mit einer nach rückwärts federbelasteten hinteren Ventileinheit mit einem Einlaßventilteil und einer nach rückwärts federbelasteten mittleren Ventileinheit mit einem Auslaßventilteil, ■ dadurch gekennzeichnet, daß beide Ventileinheiten (2, 20 bzw. 23, 24) unabhängig voneinander von ie einer Mpmhran (Ί iO o^K\\rt .„ sind und bei Aufgabe von Druckmittel die hintere Ventileiri eit (2, 20) mit der Zylindermembran (14) um einen vorbestimmten Hub bis zur Schließstellung des Einlaßventilteils (2, 2 A), in der die hintere Ventileinheit die mittlere Ventileinheit (23, 24) berührt, mitbewegbar ist und anschließend beide Ventileinheiten unabhängig von der Zylindermembran durch den auf die Rückseite der hinteren Ventileinheit wirkenden Einlaßdruck bis in die Öffnungsstellung des Auslaßventilteils (23, 23 B) bewegbar sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilteile (2 A, UA; 13B, 23 B) untereinander und g'genüber der Zylindermembran (14) unter Vollast (25 bzw. 2!) stehen.

3. Anordung nach Anspjuch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventilteil (23 B) sowohl von der Zylindermembran (14) als auch vom Einlaßventil (2 A, 24 A) her belastet ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil aus einem an der hinteren Ventileinheit (27) angeordneten Verschlußteil (2A) und einem an der mittleren Ventileinheit (6, 23, 24, 27) angeordneten Ventilsitz (24 A) gebildet ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die das Verschlußteil (2 A) des Einlaßventils (2 A, 24 A) bzw. die hintere Ventileinheit (2) tragende Einlaßmembran (7) mit Aussparungen (7 A) versehen und vor dem Druckmitteleinlaß (28) angeordnet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Ventileinheit (2 A, 2, 7) einen sich in Arbeitsrichtung erstreckenden Mitnehmer (20) aufweist, der eine nach einem gewissen Arbeitshub der Zylindermembran (14) mit einem Teil (22, 22 B) derselben in Wirkverbindung kommende erste Kontaktfläche (20 A) aufweist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche I ss bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (20) eine zweite Kontaktfläche (2QA) aufweist, die beim Rückhub der Zylindermembran (14) mit einem Teil (19 A) derselben in Wirkverbindung kommt und anschließend das Einlaßventil(2/i, 24Λ) in seine rückwärtige Öffnungslage bewegt.

8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (20) bzw. dessen Kontaktflächen (20 A) eine Bohrung der Zylindermembran (14) durchgreifen und mit einem an ihr befestigten Stößel (19) zusammenwirken.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil aus einer im mittleren Bereich des Zylindergehäuses (1, 13, 15, 26) angeordneten, die Zylindermembran (14) vom Ausiaß (29) trennenden mittleren Ventileinheit (7, 23, 24) mit einem Verschlußteil (23 B) und einem am Gehäuse (13) vorgesehenen Ventilsitz (13 B) gebildet ist

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßventilsitz (13 B) bzw. die mittlere Ventileinheit (23, 24) mit einem Verschlußteil (23 B) so angeordnet sind, daß das Einlaßventil gegen Ende des Arbeitshubs geöffnet wird.

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bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Ventileinheit (7, 23, 24) mit dem Verschlußteil (23 B) für das Auslaßventil (13 B, 23 B) ein Hubbegrenzungsglied (27) aufweist, das nach einem bestimmten Arbeitshub zur Anlage an einen Anschlag (13/1) des Gehäuses (13) kommt.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, geke-mzeichnet durch den Arbeitshub der Anordnung regelnde Mittel (45, 46).

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder hinter der Zylindermembran (14) mindestens ein gegebenenfalls einstellbares Sicherheitsventil (43, 44) aufweist.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die die hintere Ventileinheit (2, 2A) tragende, nach einem gewissen Arbeitshub der Zylindermembran (14) von dieser bzw. dem Mitnehmer (20) mitgeführte Einlaßmembran (7) während des gesamten Arbeitshubs unter Wirkung des Drucks am Druckmitteleinlaß steht (F i g. 2).