DE1917079A1 - Pneumatischer Verstaerker - Google Patents

Description

Münei;-. ί :<, R:sental7
TuI. 2üi989

HOERBIGER VEHTILWERKE AKTIENGESElLSCHAi¹O), Wien

-2.

^Pneumatischer Verstärker

Die Erfindung bezieht sich auf einen pneumatischen Verstärker mit einer in einem Gehäuse angeordneten Membrane, die auf einer Seite vom Eingangsdruck und auf der anderen Seite vom Ausgangsdruck beaufschlagt ist, wobei sie ein Einlaßventil für die Zuluft und ein Auslaßventil für die Entlüftung der vom Ausgangsdruck beaufschlagten Membrankammer steuert, deren Ventilsitz in seitlichem Abstand von der Membranachse im Gehäuse angeordnet sind und deren Verschlußkörper über einen in der Mitte der Membrane vorgesehenen Membranteller mit der Membrane in Antriebsverbindung stehen.

Pneumatische leistungsverstärker haben die Aufgabe, einen beliebigen Eingangsdruck in einen in der Regel gleich großen Ausgangsdruck zu verwandeln, der jedoch durch weite Leitungs- und Ventilq.uerschn.itte gesteuert wird, so daß die Luftlieferung um ein Vielfaches der auf der Eingangsseite zugeführten Luftmenge vergrößert wird. Das Arbeitsprinzip des Verstärkers beruht dabei darauf, daß die auf die beiden Seiten der Membrane vom Eingangs- und vom Ausgangsdruck ausgeübten Druckkräfte miteinander verglichen werden und die Membrane bei einer Störung des Kraftgleichgewichtes ausschlägt, wobei sie die beiden Ventile derart betätigt, daß der Gleichgewichtszustand zwischen den beiden Drücken wieder hergestellt wird. Um einen ständigen Luftverbrauch des Verstärkers zu vermeiden, müssen im Gleichgewichtszustand beide Ventile geschlossen sein.

909843/ 1215

Bei den bekannten Verstärkerbauarten werden meist Doppelmembranen oder mehrere übereinanderliegende Membranen verwendet. Die Zuluft und die Entlüftung werden dabei durch ein Doppelkegelventil gesteuert, dessen Doppelkegel mit einem im Gehäuse angeordneten Einlaßsitz und zugleich, auch mit dem Auslaßsitz zusammenwirkt, der am Membranteller vorgesehen ist, wobei die Entlüftung durch den in der Doppelmembrane liegenden Zwischenraum erfolgt. In der Praxis ist die Herstellung eines solchen Gerätes verhältnismäßig aufwendig. Das Doppelkegelventil, welches aus mehreren koaxialen und konzentrisch ineinanderliegenden Teilen besteht, ist kompliziert und muß mit entsprechender Genauigkeit hergestellt werden. Ebenso müssen die wirksamen Flächen der beiden Membranen der Doppelmembrane genau aufeinander abgestimmt sein. Dies erfordert die genaue Einhaltung von engen Toleranzen bei der Herstellung, so daß diese Geräte verhältnismäßig teuer sind. Zufolge der übereinanderliegenden Membranen und der konzentrisch ineinanderliegenden Ventilanordnung besitzen die bekannten Bauarten außerdem eine verhältnismäßig große Bauhöhe.

Es ist auch schon ein pneumatischer Verstärker bekannt, dessen Ventile durch einen Faltenbalg betätigt werden. Die Verschlußkörper der beiden Ventile stehen dabei mit dem Faltenbalg über einen zweiarmigen Hebel in Antriebsverbindung, der in seiner Mitte ein Schwenklager aufweist, welches am Faltenbalg befestigt ist, und an dessen Enden die Verschlußkörper der beiden Ventile durch Stangen gelenkig aufgehängt sind. Diese verschwenkbare Antriebsverbindung zwischen dem Faltenbalg und den Verschlußkörpern der Ventile ist jedoch ungünstig, weil sich die beiden Ventile gleichzeitig öffnen können, wenn der zweiarmige Hebel nach Art eines Waagebalkens verschwenkt wird. Solche Schwenkbewegungen können durch im Betrieb auftretende Vibrationen des Verstärkers und durch Schwingungen des zugeführten Druckmittels verursacht werden, wobei es dann zu Regelfehlern und nachteiligen Schwingungen im Ausgangskreis des Verstärkers kommt. Außerdem unterliegen die Schwenklager einem Verschleiß und verursachen Reibungskräfte, wodurch die Regelgenauigkeit verringert wird.

909843/1215

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine den bekannten Verstärkerbauarten gegenüber wesentlich einfachere Ausführung zu schaffen, die einen erheblich geringeren Herstellungsaufwand erfordert, in funktioneller Hinsicht jedoch zumindest gleichwertig ist. 'Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß über den beiden Ventilsitzen am Membranteller je ein Betätigungsfinger starr befestigt ist, der den Verschlußkörper des zugehörigen Ventils wenigstens in einer Bewegungsrichtung betätigt.

Der erfindungsgemäße Verstärker zeichnet sich vor allem durch seinen einfachen Aufbau aus, wobei insbesondere keine gelenkige Antriebsverbindung zwischen der Membrane und den Ventilen vorhanden iet. Durch die getrennte Anordnung der Ventile und die unmittelbare Betätigung derselben durch die mit der Membrane starr verbundenen Betätigungsfinger können nicht nur einfache Ventile verwendet werden, sondern wird auch eine große Regelgenauigkeit erzielt, die durch allenfalls auftretende Vibrationen und Schwingungen nicht beeinträchtigt wird. Durch die Verwendung einer einzigen Membrane ergibt sich von selbst eine gleichgroße Angriffsfläche für den Eingangs- und den Ausgangsdruck, so daß eine genaue Abstimmung der Kembranflachen entfällt. Außerdem verringert sich dadurch ' die Bauhöhe des Gerätes. Durch die am Membranteller angeordneten Betätigungsfinger ist eine sichere Betätigung der Ventile gewährleistet, wobei sich die Membrane jeweils über einen Betätigungsfinger auf den Ventilsitz eines der beiden Ventile abstützt und eine Kippbewegung um den Abstützpunkt ausführt, so daß die beiden Ventile nie zusammen geöffnet sein können, sondern nur im Gleichgewichtszustand der Membrane gleichzeitig geschlossen sind.

Um im Gleichgewichtszustand zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsdruck das Schließen des Auslaßventis unter allen Umständen sicherzustellen und den Verschlußkörper desselben sicher auf dem Ventilsitz zu halten, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Membranteller in Schließrichtung des Auslaßventils durch eine Feder belastet sein, die vor-

909843/1215

zugsweise koaxial zum Membranteller in der vom Eingangsdruck beaufschlagten Membrankammer angeordnet ist und die Betätigungsfinger gegen die Ventile drückt. Die Feder kann auf einem, verstellbaren Federteller abgestützt sein, so daß ihre Kraft den jeweiligen Anforderungen angepaßt werden kann. Im wesentlichen die gleiche Wirkung kann aber auch durch eine derartige Einstellung des Abstandes zwischen den Ventilsitzen und der Einspannstelle der Membrane erreicht werden, daß der Verschlußkörper des Auslaßventils durch die Membrane selbst mit einer bestimmten Vorspannkraft auf seinen Sitz gedrückt wird.

Um die Herstellung des erfindungsgemäßen Verstärkers zu vereinfachen, ist vorteilhaft der Verschlußkörper wenigstens eines der beiden Ventile, beispielsweise der Verschlußkörper des Auslaßventils, über den zugehörigen Betätigungsfinger mit dem Membranteller starr verbunden. Vorzugsweise sind der Verschlußkörper und der Betätigungsfinger aus einem Stück hergestellt. Das Einlaßventil kann als selbsttätig schließendes Rückschlagventil mit einem durch eine Feder auf seinen Sitz gedrückten Verschlußkörper ausgebildet sein, auf den der zugehörige Betätigungsfinger in Öffnungsrichtung wirkt. Der Verschlußkörper des Auslaßventils kann aber auch aus einem vom Betätigungsfinger getrennten Bauteil, der relativ zum Ventilsitz zentriert und in Offnungsrichtung federnd vorgespannt ist, vorzugsweise aus einer an einem Ende fest eingespannten federnden lamelle bestehen, wobei der Betätigungsfinger in Schließrichtung des Auslaßventils auf den Verschlußkörper wirkt. Bei dieser Bauart erübrigt sich eine genaue Zentrierung zwischen dem Ventilsitz des Auslaßventils und dem zugehörigen Betätigungsfinger.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigen die Fig. 1 und 2 Je einen axialen Mittelschnitt durch zwei verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verstärkers.

909843/1215

In beiden Ausführungsbeispielen ist zwischen dem Gehäuse 1 und einem Deckel 2 eine Membrane 3 eingespannt, auf deren beiden Seiten Membrankammern 4 und 5 vorgesehen sind. Die im Gehäuse« 1 ausgesparte Membrankammer 4 steht mit einer Anschlußbohrung 6 in dauernder Verbindung, durch welche der Ausgangsdruck abgenommen wird. Ferner weist das Gehäuse 1 eine Anschlußbohrung 7 für die Zuluft und eine Anschlußbohrung 8 für die Entlüftung der Membrankammer 4 auf. I¹Ur die Zuführung des Eingangsdruckes ist eine Anschlußbohrung 9 vorgesehen, die gemäß Pig. 1 im Deckel 2 liegt und unmittelbar in die Membrankammer 5 mündet, im Ausführungsbeispiel nach Pig. 2 dagegen an der Seite des Gehäuses 1 angeordnet ist und über einen Kanal 10, der durch eine Öffnung im eingespannten Hand der Membrane 3 führt, mit der Membrankammer 5 in Verbindung steht.

Die Anschlußbohrungen 7 und 8 im Gehäuse 1 sind durch Ventile gesteuert, u.zw. durch ein in der Anschlußbohrung 7 für die Zuluft vorgesehenes Einlaßventil 11 und durch ein Auslaßventil 12 in der Anschlußbohrung 8. Die Ventilsitze 13 und 14 der beiden Ventile 11, 12 sind nippelartig ausgebildet und in die zugehörigen Anschlußbohrungen 7, 8 eingeschraubt. Den Ventilsitzen 13, 14 sind Verschlußkörper 15 und 16 zugeordnet, die durch Betätigungsfinger 17 und 18 verstellbar sind, welche über den Ventilsitzen 13, 14 in seitlichem Abstand von der Membranachse an einem Membranteller 19 befestigt sind. Der Membranteller 19 ist mit Hilfe einer Scheibe 20 und einer Schraube 21 in der Mitte der Membrane 3 befestigt. Gemäß Pig. 1'ist in der Membrankammer 5 ferner eine Schraubenfeder 22 vorgesehen, die über den Membranteller 19 auf die daran befestigten Betätigungsfinger 17 und 18 wirkt, wobei sie diese gegen die Ventile 11 und 12 drückt. Im Ausführungsbeispiel nach Pig. 2 wird die gleiche Wirkung durch eine leichte Vorspannung der Membrane 3 erreicht.

Das Einlaßventil 11 ist in beiden Ausführungsbeispielen als selbsttätig schließendes Rückschlagventil ausgebildet,

909843/1215

dessen Verschlußkörper 15 im-Inneren des Ventilsitzes 13 angeordnet ist und durch eine Ventilfeder 23 auf die Dichtfläche des Ventilsitzes gedrückt wird. Der Betätigungsfinger 17 wirkt dabei in Öffnungsrichtung auf den Verschlußkörper Das Auslaßventil 12 ist dagegen in den beiden Ausführungsbeispielen verschieden ausgebildet. Gemäß Fig. 1 besteht der Verschlußkörper 16 mit dem zugehörigen Betätigungsfinger 18 aus einem Stück und wirkt mit einer konischen Dichtfläche des Ventilsitzes 14 zusammen. Im Ausführungsbeispiel nach Pig. 2 ist dagegen als Verschlußkörper das Auslaßventil eine in Öffnungsrichtung vorgespannte federnde Lamelle 24 vorgesehen, die an einem Ende durch den Ventilsitz 13 des Einlaßventils 11 festgespannt ist und mit ihrem anderen Ende mit einer eben ausgebildeten Dichtfläche des Ventilsitzes 14 des Auslaßventils zusammenwirkt. Statt durch den Ventilsitz 13 könnte das Ende der Lamelle 24 aber auch durch eine eigene Schraube am Gehäuse 1 oder am Ventilsitz 14 des Auslaßventils 12 befestigt sein. Außerdem wäre es möglich, anstelle der Lamelle 24 einen anderen vom Betätigungsfinger 18 getrennten Verschlußkörper für das Auslaßventil zu verwenden, beispielsweise eine Kugel oder einen Ventilkegel, der relativ zum Ventilsitz 13 zentriert und in Öffnungsrichtung durch eine Feder vorgespannt ist. Der Betätigungsfinger 18 wirkt in Schließrichtung auf die den Verschlußkörper des Auslaßventils 12 bildende federnde Lamelle

In der Wirkungsweise besteht zwischen den beiden Ausführungsbeispielen kein Unterschied. Der über die Anschlußbohrung 9 in die Membrankammer 5 zugeführte Eingangsdruck beaufschlagt die Membrane 3 und verschiebt diese nach, unten. Dadurch wird der Verschlußkörper 16 des Auslaßventils 12 bzw. die gemäß Fig. 2 vorgesehene federnde Lamelle 24 über den Betätigungsfinger 18 fest auf die Dichtfläche des Ventilsitzes 14 gedrückt. Die Membrane 3 führt sodann eine Kippbewegung um die Auflagestelle des Verschlußkörpers auf dem Ventilsitz 14 aus, wobei der Betätigungsfinger 17 den Verschlußkörper 15 des Einlaßventils 11 gegen die Kraft der Ventilfeder 23 nach· unten

909843/1215

drückt. Das Einlaßventil 11 wird dadurch geöffnet, so daß die Zuluft in die Membrankammer 4 einströmt und über die Anschlußbohrung 6 das an den Verstärker angeschlossene Druckluftgerät, z.B. einen Druckluftzylinder, auffüllt.

Sobald das an den Verstärker angeschlossene luftvolumen aufgefüllt ist, steigt der Druck in der Membrankammer 4 und übt eine dem in der Membrankammer 5 herrschenden Eingangs-* druck entgegenwirkende Kraft auf die Membrane 3 aus. Wenn sodann das Gleichgewicht zwischen dem Eingangsdruck und dem Ausgangsdruck erreicht ist, gelangt die Membrane 3 in ihre mittlere Ruhelage, wobei der Betätigungsfinger 17 durch eine Kippbewegung der Membrane 3 in der entgegengesetzten Richtung den Verschlußkörper 15 des Einlaßventils 11 freigibt, so daß dieses unter Einwirkung der Ventilfeder 23 schließt. In diesem Gleichgewichtszustand sind beide Ventile 11 und 12 geschlossen. Die auf die Membrane 3 wirkende Vorspannkraft, die gemäß Pig. 1 durch die Feder 22, bei der Ausführung nach Pig. 2 durch die Eigenelastizität der Membrane 3 geliefert v/ird, stellt dabei sicher, daß das Auslaßventil 11 während der Kippbewegungen des Hembrantellers 18 und während der ganzen Dauer des Gleichgewichtszustandes stets geschlossen bleibt. Bei der Ausführung nach Pig. 2 wirkt sie außerdem der Vorspannung der Lamelle 23 entgegen und hebt diese auf.

In Pig. 1 ist der Verstärker im Gleichgewichtszustand gezeigt, wobei beide Ventile 11 und 12 geschlossen sind. Wenn in diesem Zustand der Eingangsdruck in der Membrankammer 5 ansteigt, wird das Einlaßventil 11 durch den Betätigungsfinger 17 von neuem geöffnet, bis der Ausgangsdruck in der Membrankammer 4 die gleiche Höhe erreicht hat. V/ird dagegen der Eingangsdruck in der Membrankammer 5 verringert, dann bewegt sich die Membrane 3 mit dem Membranteller 19 nach oben, v/obei der Betätigungsfinger 18 das Auslaßventil 12 öffnet. Bei der Ausführung nach Pig. 1 wird der Verschlußkörper 16 durch den Betätigungsfinger 18 unmittelbar vom Ventilsitz 14 abgehoben, wogegen gemäß Pig. 2 der Betätigungsfinger 18 die federnde

909843/1216

lamelle 24 freigibt, die sich sodann aufgrund ihrer Vorspannung vom Ventilsitz 14 abhebt. Das Einlaßventil 11 bleibt weiterhin geschlossen. Dieser Zustand des Verstärkers, in welchem der Ausgangsdruck in der Membrankammer 4 größer ist als der Eingangsdruck in der Membrankammer 5 und die Membrane 3 nach oben durchgewölbt ist, ist in Fig. 2 dargestellt. Durch das dabei geöffnete Auslaßventil 12 erfolgt eine Entlüftung der Membrankammer 4 bis auf einen dem Eingangsdruck in der Membrankammer 5 entsprechenden Druck. Sobald dies der Pail ist, stellt sich der Gleichgewichtszustand wieder ein und das Auslaßventil 12 wird durch die in ihre Mittellage zurückkehrende Membrane 3 wieder geschlossen und ohne luftverbrauch des Verstärkers sicher in der Schließstellung gehalten. Der an der Anschlußbohrung 6 abgenommene Ausgangsdruck wird somit mit großer Genauigkeit in Abhängigkeit von dem durch die Anschlußbohrung 9 zugeführten Eingangsdruck gesteuert.

Im Rahmen der Erfindung sind Abweichungen von den dargestellten Ausführungsbeispielen möglich. Insbesondere kann anstelle der gezeigten Flachmembrane mit gleichem Vorteil auch eine Rollmembrane oder ein Faltenbalg verwendet werden. Die gemäß Pig. 1 vorgesehene Schraubenfeder 22 kann seitlich der Membranachse, beispielsweise koaxial zu'dem Betätigungsfinger 18 des Auslaßventils 12, angeordnet sein oder durch eine andere Feder, z.B. durch eine Tellerfeder oder durch ©ine Federplatte, ersetzt werden.

Patentansprüche

909843/121 5

Claims (3)

1. Patentansprüche ;

   Pneumatischer Verstärker mit einer in einem Gehäuse angeordneten Membrane, die auf einer Seite vom Eingangsdruck: und auf der anderen Seite vom Ausgangsdruck beaufschlagt ist, wobei sie ein Einlaßventil für die Zuluft und ein Auslaßventil für die Entlüftung der vom Ausgangsdruck beaufschlagten Membrankammer steuert, deren Ventilsitze in seitlichem Abstand von der Membranachse im Gehäuse angeordnet sind und deren Verschlußkörper über einen in der Mitte der Membrane vorgesehenen Membranteller mit der Membrane in Antriebsverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß über den beiden Ventilsitzen (13,H) am Membranteller' (19) je ein Betätigungsfinger (17,18) starr befestigt ist, der den Verschlußkörper (15,16 bzw.24) des zugehörigen Ventils (11,12) wenigstens in einer Bewegungsrichtung betätigt.
2. 2. Pneumatischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Membranteller (19) in Schließrichtung des Auslaßventils (12) durch eine Feder (22) belastet ist, die vorzugsweise koaxial zum Membranteller (19) in der vom Eingangsdruck beaufschlagten Membrankammer (5) angeordnet ist und die Betätigungsfinger (17,18) gegen die Ventile (11, 12) drückt.
3. 3. Pneumatischer Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (16) wenigstens eines der beiden Ventile (12) über den zugehörigen Betätigungsfinger (18) mit dem Membranteller (19) starr verbunden ist, wobei er vorzugsweise mit dem Betätigungsfinger (18) aus einem Stück besteht.

   4· Pneumatischer Verstärker nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil (11) als selbsttätig schließendes Rückschlagventil mit einem durch eine Peder (23) auf seinen Sitz (13) gedrückten Verschlußkörper (15) ausgebildet ist, auf den der zugehörige Be- . tätigungsfinger (17) in Öffnungsrichtung wirkt.

   909843/1216

   Pneumatischer Verstärker .nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4» dadurch gekennzeichnet ₉ daß der Yerschlußkörper des Auslaßventils (12) aus einem vom Betätigungsfinger (18) ^vge trennten Bauteil, der relativ zum Ventilsitz (14) zentriert und in Öffnungsrichtung federnd vorgespannt ist, vorzugsweise aus einer an einem Ende¹ fest eingespannten federnden lamelle (24) besteht, wobei der Betätigungsfinger (18) in Schließrichtung des Auslaßventils auf den Verschlußkörper (24) wirkt.

   909843/1215