DE1917079B2 - Pneumatischer Verstärker - Google Patents

Description

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 die vom Eingangsdruck beaufschlagte Membrankammer mit einem Steuereingang und die vom Ausgangsdruck beaufschlagte Membrankammer mit einem Ausgangskanal sowie mit einem Einlaßventil für die Zuluft und einem Auslaßventil für die Entlüftung versehen ist, deren Ventilsitze in seitlichem Abstand von der Membranachse im Gehäuse angeordnet sind und deren Verschlußkörper über einen Membranteller durch die Bewegungen der Membrane betätigt werden. Pneumatische Leistungsverstärker haben die Aufgabe, einen beliebigen Eingangsdruck in einen in der Regel gleich großen Ausgangsdruck zu verwandeln, der jedoch durch weite Leitungs- und Ventilquerschr.itte gesteuert wird, so daß die Luftlieferung um ein Vielfaches der auf der Eingangsseite zugeführten Luftmenge vergrößert wird. Das Arbeitsprin^ip des Verstärkers beruht dabei darauf, daß die auf die beiden

ίο Seiten der Membrane vom Eingangs- und vom Ausgangsdruck ausgeübten Druckkräfte miteinander verglichen werden und die Membrane bei einer Störung des Kraftgleichgewichte.? ausschlägt, wobei sie die beiden Ventile derart betätigt, daß der Gleichgewichts zustand zwischen den beiden Drücken wieder herge stellt wird. Um einen ständigen Luftverbrauch des Verstärkers zu vermeiden, müssen im Gleichgewichtszustand beide Ventile geschlossen sein. Bei den bekannten Verstärkerbauarten (GB-PS 10 89 099) 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 In der Praxis ist die Herstellung eines solchen Gerätes verhältnismäßig aufwendig. Das Doppelkegelventil 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 Anordnung der Membranen und der Ventile besitzen die bekannten Bauarten außerdem eine verhältnismäßig große Bauhöhe.

Aus der US-PS 31 19 308 ist ein pneumatischer Verstärker bekannt, dessen Ventile durch einen Faltenbalg betätigt werden. Die Verschlußkörper der beiden Ventile stehen 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 Verschluß-

■t5 körper der beiden Ventile durch Stangen gelenkig aufgehängt sind. Diese verschwenkbare Antriebsvprbindung 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 duich im Betrieb auftretende Vibrationen des Verstärkers und durch Schwingungen des zugeführten Druckmittels verursacht werden, wobei es dann zu Regelfeh- lern und nachteiligen Schwingungen im Ausgangskreis des Verstärkers kommt Außerdem unterliegen die Schwenklager einem Verschleiß und verursachen Reibungskräfte, wodurch die Regelgenauigkeit verringert wird.

so Es ist ferner schon bekannt, z.B. aus der US-PS 29 73 772, insbesondere Fig. 3, einen durch eine Feder gegen den Ventilsitz gedrückten Verschlußkörper durch einen zentrisch zur Membranachse an einem Membranteller starr befestigten Betätigungsfinger so zu betäti-

f>5 gen, daß das Ventil dadurch geöffnet wird. Dabei handelt es sich jedoch um ein einfaches Schaltrelais.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verstärker der eingangs angeführten Bauart

so zu vereinfachen und funktionell zu verbessern, daß der Herstellungsaufwand verringert und größere Unempfindlichkeit des Verstärkers gegenüber auftretenden Vibrationen des Verstärkers und gegenüber Schwingungen des zugeführten Druckmittels erreicht wird.

Diese Aufgabe wird eriindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmaie gelöst

Der erfindungsgemäße Verstärker zeichnet sich vor ι ο allem durch seinen einfachen Aufbau aus, wobei insbesondere keine gelenkige Antriebsverbindung zwischen der Membrane und den Ventilen vorhanden ist 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 es wird auch eine große Regelgenauigkeit erzielt, die durch allenfalls auftretende Vibrationen und Schwingungen nicht beeinträchtigt wird. Aufgrund der Verwendung einer einzigen Membrane ergibt sich immer eine gleich große Angriffsfläche für den Eingangs- und den Ausgangsdruck. Es entfällt eine Abstimmung der Membranflächen und es ergibt sich daraus eine geringe Bauhöhe des Gerätes. Bei Betätigung eines der Ventile stützt sich die Membran jeweils über den Betätigungsfinger des anderen Ventils ab und führt somit eine Kippbewegung um diesen Abstützpunkt aus, wodurch das andere Ventii betätigt wird. Die beiden Ventile können deshalb niemals gleichzeitig geöffnet sein, sie können nur im Gleichgewichtszustand der Membrane gleichzeitig geschlossen sein.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Durch die Belastung des Membrantellers durch eine zusätzliche Feder nach Anspruch 2 wird ein sicheres Schließen des Auslaßventils auc+ bei vorhandenem Gleichgewichtszustand zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsdruck erreicht 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 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.

Die Ausführung nach Anspruch 3, bei der Betätigungsfinger und Verschlußkörper des Auslaßventils aus einem Stück bestehen, ist einfach herzustellen. Wenn der Verschlußkörper des Auslaßventils aus einem getrennten Bauteil gemäß Anspruch 4 gebildet wird, 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 w)

F i g. 1 und 2 je einen axialen Mittelschnitt durch zwei verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemä-Qen Verstärkers.

In beiden Ausführungsbeispielen ist zwischen dem Gehäuse 1 und einsim 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 de- Ausgangsdmck abgenommen wird. Ferner weist das Gehäuse 1 eine Anschlußbohrung 7 für die Zuluft und eine Anschlußbohrung 8 für die Entlüftung der Membrankammer 4 auf. Für die Zuführung des Eingangsdruckes ist eine Anschhißbohrung 9 vorgesehen, die gemäß F i g. 1 im Deckel 2 liegt und unmittelbar in die Membrankammer 5 mündet, im Ausführungsbeispiel nach Fig.2 dagegen an der Seite des Gehäuses 1 angeordnet ist und über einen Kanal 10, der durch eine öffnung im eingespannten Rand 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 Verschiyjjkörper 15 und 16 zugeordnet, die durch Betätigungsfintsr 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 F i g. 1 ist in der Membrankammer 5 ferner eine als Schraubenfeder ausgebildete Feder 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 Fig.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, dessen Verschlußkörper 15 im Inneren des Ventilsitzes 13 angeordnet ist und durch eine als Ventilfeder wirkende Feder 23 auf die Dichtfläche des Ventilsitzes gedrückt wird. Der Betätigungsfinger 17 wirkt dabei in Öffnungsrichtung auf den Verschlußkörper 15. Das Auslaßventil 12 ist dagegen in den beiden Ausführungsbeispielen verschieden ausgebildet Gemäß F i g. 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 F i g. 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 t\ 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 an; Ventilsitz 14 des Auslaßventils 12 befestigt sein. Außerdem wäre es möglich, anstelle der Lamelle 24 einen anderen vom Betätigungsfinger 18 getrennten Vertchlußkörper 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 Schlieürichtung auf die den Verschlußkörper des Auslaßventils 12 bildende federnde Lamelle 24.

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 als Ventilfeder wirkenden Feder 23 nach unten 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 das Einlaßventil 11 durch den Betätigungsfinger 17 von neuem geöffnet, bis der Ausgangsdruck in der Membrankammer 4 die gleiche Höhe erreicht hat. Wird dagegen der Eingangsdruck in der Membrankammer 5 "erringet, dann bewegt sich die Membrane 3 mit dem Meinbranteller 19 nach oben, wobei der Betätigungsfinger 18 das Auslaßventil 12 öffnet. Bei der Ausführung nach Fig. 1 wird der Verschlußkörper 16 durch den Betätigungsfinger 18 unmittelbar vom Ventilsitz 14 abgehoben, wogegen gemäß F i g. 2 der Betätigungsfinger 18 die federnde 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 F i g. 2

mciftufän'KaifMMcr j hcfrsCMcfiucii Eingängsuiui.k 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 als Ventilfeder wirkenden Feder 23 schließt. In diesem Gleichgewichtszustand sind beide Ventile 11 und 12 geschlosser,. Die auf die Membrane 3 wirkende Vorspannkraft, die gemäß F i g. 1 durch die Feder 22, bei der Ausführung nach Fig. 2 durch die Eigenelastizität der Membrane 3 geliefert wird, stellt dabei sicher, daß das Auslaßventil 12 während der Kippbewegungen des Membrantellers 19 und während der ganzen Dauer des Gleichgewichtszustandes stets geschlossen bleibt. Bei der Ausführung nach Fig. 2 wirkt sie außerdem der Vorspannung der Lamelle 24 entgegen und hebt diese auf.

In F i g. 1 ist der Verstärker im Gleichgewichtszustand gezeigt, wobei beide Ventile 11 und 12 geschlossen sind. Wenn in diesem Zustand der F.ineangsdruck in der Membrankammer 5 ansteigt, wird

UillgCMtlil. Uuiuii üä> üäüci gcuiincic nüsiaSvcnii! 12

erfolgt eine Entlüftung der Membrankammer 4 bis auf einen dem Eingangsdruck in der Membrankammer 5 entsprechenden Druck. Sobald dies der Fall 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 siixl 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 Fig. 1 vorgesehene als Schraubenfeder ausgebildete Feder 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 eine Federplatte, ersetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. 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 die vom Eingangsdruck beaufschlagte Membrankammer mit einem Steuereingang und die vom Ausgangsdruck beaufschlagte Membrankammer mit einem Ausgangskanal sowie mit einem Einlaßventil für die Zuluft und einem Auslaßventil für die Entlüftung versehen ist, deren Ventilsitze in seitlichem Abstand von der Membranachse im Gehäuse angeordnet sind und deren Verschlußkörper über einen Membranteller durch die Bewegungen der Membrane betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Betätigung der Verschlußkörper (15,16,24) am Membranteller (19) für jeden Ventilsitz (13, 14) ein Betätigungsfinger (17, 18) starr befestigt ist, der unmittelbar auf den VerschJußkörper (15,16,24) des zugehörigen Ventils (11, 12) wirkt, wobei das Einlaßventil (11) als in !Schließrichtung durchströmtes Rückschlagventil mit einem durch eine Feder (23) auf seinen Ventilsitz (13) gedrückten Verschlußkörper (15) ausgebildet und von dem zugehörigen Betätigungsfinger (17) in Öffevungsrichtung beaufschlagt ist

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 (IS) in der vom Eingangsdruck beaufschlagten Membrankammer (5) angeordnet ist und die Betätigungsfinger (17, IF^vgegen die Ventile (11,12) drückt

3. Pneumatischer Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (16) des Auulaßventils (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 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper des Auslaßventils (12) aus einem vom Betätigungsfinger (18) getrennten Bauteil, der relativ zum Ventilsitz(14) zentriert und in Öffnungsrichtung federnd vorgespannt isit, vorzugsweise aus einer an einem Ende fest eingespannten federnden Lamelle (24) besteht, wobei der Betätigungsfinger (18) in Schließrichtung des Auslaßventils auf die als Verschlußkörper wirkende Lamelle (24) wirkt.