DE1955022B2 - Pneumatische Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Vorrichtung zur Verwendung als Relais, pneumatischer Verstärker, pneumatischer Fühler, logisches pneumatisches Glied, pneumatischer Regler oder für ähnliche Aufgaben, bestehend aus mindestens zwei, durch eine an bestimmten Flächenbereichen versteifte Membran getrennte Kammern, die durch ein Strömungsmittel beaufschlagbar sind und wobei die Membran an ihrem an die Kammerwandung grenzenden Bereich von der Versteifung frei und flexibel ist.

Aus der US-PS 24 44 163 ist ein Druck betätigbarer Schalter bekannt, der aus einem Gehäuse besteht, in welchem mindestens zwei durch eine schichtweise aufgebaute und versteifte Membran getrennte Kammern ausgebildet sind, wobei die versteifte Membran durch ein Strömungsmittel auf einer Seite beaufschlagt werden kann und dadurch aus ihrer Ruhelage ausgelenkt wird. Im mittleren Bereich der schichtweise aufgebauten und versteiften Membran ist ein Betätigungsstift befestigt, der durch die eine Gehäusewand hindurchreicht und mit Kontakt-Betätigungsmitteln verbunden ist, so daß bei einer Auslenkung der Membran beispielsweise durch Druckerhöhung in der gegenüberliegenden Kammer der Betätigungsstift verschoben wird und dadurch ein Schaltvorgang ausgelöst ·· wird. Dieser bekannte Druck betätigbare Schalter läßt sich nicht vielseitig einsetzen, kann also beispielsweise nicht als pneumatischer Verstärker verwendet werden.

Aus der Zeitschrift »Regeltechnik«, 1962, Seite 410—412 ist ein pneumatischer Mikroschalter bekannt, der beispielsweise aus drei Kammern bestehen kann, von denen eine Kammer ein Vorspann-Federelement enthält, die gegenüberliegende Kammer als Steuerkammer dient, während die durch eine Querwand abgetrennte Kammer verschiedene Luftanschlüsse aulweist An der Membran dieses bekannten Mikroschalters ist ein Ventilhebel befestigt, der über eine Durchführung in die benachbarte Kammer mit den Luftanschlüssen reicht Bei dem genannten Ventilhebel handelt es sich jedoch nicht um einen Teil der Membran selbst, sondern um ein eigenes getrenntes Bauelement, welches an einer einzigen Stelle, also nicht nach Art einer Linienberührung gelagert ist.

Aus der Zeischrift »Process Control and Automation«, Juni 1965, Seite 261 ist ein pneumatisches ι Mikroventil bekannt, welches eine Membran aufweist, die in der einen seitlichen Kammer eines Gehäuses eingespannt ist. An dieser Membran ist über Verbindungsmittel ein Schwenkhebel befestigt, der über eine Vorspannfeder die Membran in eine Stellung drückt. Das gegenüberliegende Ende des Schwenkhebels ist im Bereich einer unterbrochenen Rohrleitung angeordnet, so daß je nach Kippstellung des Hebels entweder das eine oder das andere Rohr verschlossen werden kann. Der Hebel ist dabei jedoch nicht einstückig mit der ι > Membran ausgebildet und besteht aus einem eigenen Bauelement.

Aus der Zeitschrift »Feingerätetechnik« 1962, Heft 12, Seiten 552—555 ist ein pneumatisches Bauelement bzw. ein pneumatischer Rechenverstärker be- · kannt, der aus einem Membrankörper, einem Membranblock und einer Venturidrossel besteht. Der Membranblock besteht aus zwei dünnen Membranen mit Membrantellern, die über einen Bügel miteinander verbunden sind. Dieser Bügel übernimmt gleichzeitig die Rolle einer Prallplatte, wobei jedoch diese bekannte Membrananordnung im mittleren Bereich nicht ortsfest gelagert ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht

darin, eine einfach herstellbare pneumatische Vorrich-

■■> tung der eingangs definierten Art zu schaffen, die außerordentlich vielseitig verwendet werden kann und die ein verbessertes Ansprechverhalten besitzt.

Ausgehend von der pneumatischen Vorrichtung der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsi-ii gemäß dadurch gelöst, daß die versteifte Membran nach Art einer Wippe nur um eine in ihrer Ebene liegende unverrückbare Achse schwenkbar und im Schwenkachsenbereich entlang einer Linie abgedichtet ist.

Durch diese konstruktive Ausführung wird gegenüber ι den bekannten Konstruktionen ein verbessertes Ansprechverhalten realisiert, da eine auf den einen Abschnitt der pneumatischen Vorrichtung wirkende Kraft nahezu verlustlos bzw. nahezu ohne Dämpfung

Ober den Bereich der Linienabdichtung bzw. Lagerung a»f den anderen Abschnitt der pneumatischen Vorrichtung übertragen werden kann, wobei quer zur Wippbewegung verlaufende Kraftkomponenten keine mechanische Veränderung der Membran bewirken, so daß also die Kraftübertragung der Wippenanordnung in jeder Lage der Wippe in gleicher Weise bzw. mit dem gleichen Dämpfungsfaktor erfolgt

Um eine vollständige gegenseitige Isolierung der jeweiligen Kanunern zu erreichen, kann die Erfindung weiter noch dadurch eine vorteilhafte Weiterbildung erfahren, daß im Bereich der Linienabdichtung bzw. Lagerung der Membran die Versteifung den flexiblen Umfangsbereich der Membran stegförmig überbrückt

Besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 3 bis 6.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise weggeschnittene perspektivische Darstellung einer Vorrichtung mit den Merkmalen der Erfindung in Form eines Verstärkers,

F i g. 2 eine teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung einer ein Betätigungsglied bildenden Schicht mit einer flexiblen Schicht und Abdichtungsschichten,

F i g. 3 einen Querschnitt durch einen Schwenk-Dichtungs-Bereich,

Fig.4 einen Querschnitt durch einen Schwenk-Dichtungs-Bereich an der Scbweiikachsenlagerung eines Betätigungsglieds, in vergrößertem Maßstab,

F i g. 5 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung in Form eines Übertragers bzw. Verstärkers,

F i g. 6 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung in Form eines Verstärkers,

F i g. 7 eine schematische Darstellung der Anwendung eines erfindungsgemäßen Verstärkers für Verfahrensregel-Zwecke und

Fig.8 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Anwendung der Erfindung auf einfache proportionale Ein-Aus-Schaltfunktionen bei Regelanordnungen.

F i g. 2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Verwendung findenden Schichtmembran. Bei der in dieser Figur dargestellten Ausführungsform besteht diese Schichtmembran im wesentlichen aus einer metallischen Schicht 11, aus deren Material ein schwenkbar gelagertes Betätigungsglied i\A geformt ist, welches über Stege 11 Sund HC mit dem Rest der Metallschicht 11 in Verbindung steht. Genauer gesagt, sind zu beiden Seiten einer Schwenkachse 14 in der Metallschicht 11 nach einem Ätz-, Schneid- oder Stanzverfahren hufeisenförmige Ausnehmungen 12 und 13 ausgebildet, wobei jedoch zwischen den Enden der Hufeisenschenkel zu beiden Seiten der Schwenkachse 14 die Stege Udund HCstehengeblieben sind, über welche das Betätigungsglied HA längs der Schwenkachse 14 mit dem Rest der Metallschicht 11 schwenkbar verbunden bleibt. Die als Schwenkpunkte dienenden Stege IIß, 11C dienen gleichzeitig als Ausrichtglieder zur Orientierung des schwenkbaren Betätigungsgliedes 11Λ gegenüber dem dieses umschließenden Rest der Metallschicht 11; sie bilden, falls sie vorgesehen sind, einen Teil der Schwenk-Dichtungs-Konstruktion. Die als Schwenkpunkte dienenden Stege US und MC arbeiten unter Torsion und ermöglichen ein Verschwenken des Betätigungsglieds HA um die Schwenkachse 14 unter Verlagerung des Betätigungsglieds HA aus der Ebene der Metallschicht 11 heraus.

Die gesamte Metallschicht 11 einschließlich der durch die Ausnehmungen 12 und 13 und das Betätigungsglied WA festgelegten Bereiche ist zweckmäßigerweise durch eine Lage eines flexiblen bzw. nachgiebigen Materials, beispielsweise durch eine Elastomerschicht 15 unterstützt, die auf beliebige Weise mit der Metallschicht U und dem Betätigungsglied UA verbunden, beispielsweise verklebt ist Die Elastomerschicht IS bildet eine druckfeste Abdichtung zwischen den einander zugewandten Flächen der Metallschicht 11 und des Betätigungsglieds 11Λ d.h. beispielsweise zwischen der nicht mit der Elastomerschicht 15 in Berührung stehenden Fläche und der gegenüberliegenden, mit der Elastomerschicht 15 in Berührung stehenden Fläche. Die Elastomerschicht 15 ist so nachgiebig bzw. elastisch, daß sie ein Vorschwenken des angelenkten Betätigungsglieds WA um die Schwenkachse 14 zuläßt Zur Ermöglichung einer geringfügigen Relativbewegung zwischen dem schwenkbaren Betätigungsglied WA und der Metallschicht 11 kann die Elastomerschicht 15 einfach aus einer einheitlichen elastischen Lage eines für diesen Zweck brauchbaren Materials bestehen. Für Anwendungsfälle, in welchen das Betätigungsglied WA vergleichsweise große Bewegungen durchführen muß, kann die Elastomerschicht 15 mit einer angegossenen, genau an die Flächen der Ausnehmungen 12 und 13 angepaßten Falte versehen sein, um die Bremswirkung der Elastomerschicht 15 auf das Betätigungsglied WA bei dessen Schwenkbewegung um die Schwenkachse 14 auf ein Mindestmaß herabzusetzen.

Gemäß F i g. 2 ist an der Oberseite der Metallschicht 11 eine Dichtungsschicht 22 und an der gegenüberliegenden Seite der Elastomerschicht eine Dichtungsschicht 23 vorgesehen. Beide Dichtungsschichten 22 und 23 weisen zwei im wesentlichen dem Umriß der hufeisenförmigen Ausnehmungen 12 und 13 entsprechende Ausnehmungen auf und sind mit Dichtungs-Ansätzen 22/4 bzw. 23A versehen, welche den die Ausnehmungen 12 und 13 längs der Schwenkachse 14 voneinander trennenden Bereich überbrücken.

F i g. 3 veranschaulicht, wie ein etwas abgewandeltes, aus den Teilen WA, 15, 114'bestehendes Betätigungsglied durch den Schwenk-Dichtungs-Bereich der Schichtkonstruktion hindurchgeführt ist. Bei dieser etwas abgewandelten Ausführungsform des Betätigungsglieds ist eine zusätzliche Metallschicht 11' mit der anderen Seite der Elastomerschicht 15 verbunden, beispielsweise verklebt, so daß ein einheitliches, aus Metall und Elastomerstoff bestehendes Betätigungsglied 11,4-15-ΙΙΛ' gebildet wird. Diese Konstruktion eignet sich besonders für Anwendungsfälle, in denen größere Robustheit und Dauerhaftigkeit verlangt wird. Bei den im folgenden näher erläuterten Ausführungsformen von Vorrichtungen können jeweils Betätigungsglied-Elastomerstück-Kombinationen angewandt werden, die entweder gemäß F i g. 2 aus einer einzigen Metallschicht 11 mit einer Stützschicht in Form einer Elastomerschicht 15 oder gemäß F i g. 3 aus zwei Metallschichten 11 und 11' mit einer zwischen ihnen angeoiJneten und mit ihnen verbundenen Elastomerschicht 15 bestehen können. Das in Fig. 3 dargestellte, aus den Teilen 11Λ, 15 und WA' bestehende Betätigungsglied ist an seinen beiden Oberflächen längs der Schwenkachse 14 mit Hilfe der Dichtungsansätze

22/4 und 23/1 an den Dichtungsschichten 22 bzw. 23 verklemmt. Die Dichtungsansätze 22A und 23A sind ihrerseits durch Stege 16Λ und i7A verspannt, welche Abschnitte von noch näher zu beschreibenden Platten 16 bzw. 17 bilden und welche so schmal sein sollten, daß sie der Schwenkbewegung des Betätigungsglieds 11/4-15-11/4' um die Schwenkachse 14 infolge der Seher-Kompression der Dichtungsansätze 22/4 und 23/4 nur einen ziemlich geringen Widerstand entgegensetzen. Die Dichtungsansätze 22Λ und 23A müssen so flexibel sein, daß sie die erforderliche Schwenkbewegung des Betätigungsgliedes 11/4-15-11/4'zulassen. Die Stege 16Λ und 17,4 besitzen zweckmäßigerweise eine endliche Breite, um die Dichtungsansätze 22/4 und 23Λ wirksamer zu unterstützen und zu verspannen und um darüber hinaus eine ausreichende Übereinstimmung bzw. Ausrichtung der einander gegenüberliegenden Klemmbereiche um die Schwenkachse 14 unabhängig von Toleranzschwankungen der Platten 17 und 16 zu gewährleisten, infolge welcher die Stege 17A und 16/4 über die Länge des Betätigungsglieds 11Λ-15-11/4' gegeneinander verschoben werden könnten. Diese Dichtungsanordnung ermöglicht ein Verschwenken des Betätigungsglieds 11/4-15-llA'mit niedriger Federkonstante.

Fig.4 veranschaulicht eine Schwenk-Dichtungs-Anordnung im Bereich des Steges HC bei welcher das Material der Metallschicht 11 eingeschnürt ist Auch in diesem Fall ermöglichen ersichtlicherweise die endlichen Querschnittsabmessungen der Bauteile der einzelnen Schichten eine Toleranz der Übereinstimmung, so daß unabhängig von Änderungen der Bauteil-Abmessungen eine wirksame Abdichtung hervorgebracht wird.

In Fig.5 ist eine einfache Ausfübrungsform der Vorrichtung dargestellt, weiche die Funktion eines Übertragers bzw. Verstärkers (repeater) erfüllt Die verwendete Schichtkonstruktion ist gemäß Fig.3 aus zwei Metallschichten 11 und 11' aufgebaut, zwischen die eine Elastomerschicht 13 eingefügt ist, wobei zwischen die Metallschicht IM'und die Platte 17 eine Dichtung 23 und zwischen die Metallschicht 11 und die Platte 16 eine Dichtung 22 eingefügt ist Die gesamte, aus den Teilen 16, 22, 11, 15, 11', 23 und 17 bestehende Anordnung ist auf passende Weise verklemmt bzw. zusammengespannt Zu beiden Seiten der Schwenkachse 14 sind in der Platte 16 entlüftete Kammern 18 und 19 bildende Ausnehmungen und in der Platte 17 Kammern 20 und 21 bildende Ausnehmungen zur Ermöglichung einer Schwenkbewegung des Betätigungsglieds 11/4-15-11/4' vorgesehen. Die Kammern 20 und 21 bilden Druckkammern, deren Volumen sich bei einer Verschwenkung des Betätigungsglieds ll/4-15-ll/4'um die Schwenkachse 14 entweder vergrößert bzw. verkleinert oder umgekehrt verkleinert bzw. vergrößert In die Kammer 21 ist eine Drosseleinrichtung beispielsweise in Form einer Düse 24 zum Abgreifen der Größe des Ausschlags des Betätigungsglieds 11/4-15-1IA' eingesetzt Ein Drucksignal, zweckmäßigerweise ein Druckluftsignal, kann über einen Anschluß 28 in die Kammer 20 eingespeist werden, worauf die Düse 24 infolge der Verschwenkung des Betätigungsglieds 11Λ-15-11Λ'in Abhängigkeit vom Signaldruck mehr oder weniger gedrosselt wird. Wenn eine Druckluftquelle 34 die Kammer 21 über eine Drossel 35 und einen Anschlag 29 beaufschlagt, wird infolge der Drosselung an der Spitze 23 der Düse 24 durch das Betätigungsglied 11Λ-15-1Μ' der Druck in der Kammer 21 erhöht, wodurch das Betätigungsglied 11/4-15-11/4' wieder ausbalanziert

wird. Der in der Kammer 21 herrschende Druck ist dem in der Kammer 20 herrschenden Druck gleich, sofern die Effektivflächen der beiden Kammern 20 und 21 gleich sind. Wenn die durch die Teile 16A, 22/4 und 23/4, 17/4 gebildete Schwenklagerung des Betätigungsglieds 11/4-15-11/4', wie dargestellt, außermittig angeordnet ist, so daß die Effektivfläche der Kammer 20 größer ist als diejenige der Kammer 21, sind die im Gleichgewichtszustand in den Kammern 20 und 21 herrschenden Drucke verschieden, und zwar herrscht in der Kammer 21 ein den Signaldruck in der Kammer 20 übersteigenden Druck. Der Übertrager-Verstärkungsgrad kann mithin durch entsprechende Auswahl der Effektivflächen zu beiden Seiten der Schwenkachse 14 bestimmt werden.

In den F i g. 1 und 6 ist eine Ausführungsform dargestellt, die sich zur Verwendung als Verstärker (amplifier) eignet und eine aus einer mit einer Elastomerschicht 13 verklebten Metallschicht 11 bestehende Schichtkonstruktion verwendet, welche unter Einfügung von Dichtungsschichten 22 bzw. 23 zwischen zwei mit Ausnehmungen versehenen Platten 16 und 17 eingespannt ist Die Dichtungsschichten 22 und 23 sind mit Ausschnitten versehen, deren Größen etwa der Effektivfläche der Ausnehmungen in den Platten 16,17 angepaßt sind. Die Dichtungsschichten 22, 23 weisen längs der Schwenkachse 14 zu beiden Seiten des durch die Kombination der Teile IM und 15 gebildeten schwenkbaren Betätigungsglieds Dichtungsansätze 22/4 bzw. 23/4 auf. Durch die beschriebene Anordnung werden wie bei der Ausführungsform gemäß Fig.5 einerseits zu beiden Seiten der Schichtkonstruktion und andererseits zu beiden Seiten der Schwenkachse 14 insgesamt vier gegeneinander druckisolierte Kammern 18,19,20 und 21 gebildet

Der Dichtungs-Ansatz 22A muß aus einem so biegsamen bzw. flexiblen Material bestehen, daß er sich elastisch zu verformen vermag, um einen ungehinderten Ausschlag des Betätigungsglieds 11/4-15 zu ermöglichen, während an der durch die Elastomerschicht 15 gebildeten Seite des Betätigungsglieds 11/4-15 nicht notwendigerweise ein Dichtungs-Ansatz 23/4 vorgesehen zu sein braucht, da hier auch die Dichtungseigenschaften der Elastomerschicht 15 zur Herstellung einer wirksamen Abdichtung zwischen den Kammern 20 und 21 ausgenutzt werden können. Das Betätigungsglied 11/4-Ϊ5 muß gegenüber dem von seiner druckdichten Verspannung längs der Schwenkachse 14 herrührenden Widerstand sowie gegenüber den Auswirkungen der Elastomerschicht 15 und der Stege UB und HC vergleichsweise steif sein. Die vorgenannten Materialeigenschaften sind bei der Festlegung einer zufriedenstellenden Steifheit des Betätigungsglieds 11Λ-15 zu berücksichtigen.

Bei Verwendung als Verstärker wird die Luft-Düse 24 der Platte 16 zugeordnet, so daß die Düsen-Sitze 23 mit einem ausgewählten Abschnitt des schwenkbaren Betätigungsglieds HA in Berührung zu gelangen vermag. Der Abstand der Düsen-Spitze 25 vom Betätigungsglied 11/4 in dessen ausbalanzierter Null-Stellung wirdje nach dem betreffenden Anwendungsfall gewählt Wahlweise können für die Rückkopplungs-Funktion andere Drosseleinrichtungen gewählt werden, die eine größere Leistungs-Kapazität oder eine größere Ansprechempfindlichkeit gewährleisten. Beispielsweise kann anstelle der Düse 24 ein Kugelsitzventil oder ein einen großen Ventilsitz aufweisendes Drosselventil vorgesehen, werden.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 und 6 sind die Kammern 18,19,20,21 über Anschlüsse 26,27,28 bzw. 29 an irgendwelche pneumatische Kreise anschließbar, beispielsweise in einen Verfahrensregler einschaltbar. Jede Kammer 18, 19, 20, 21 bildet eine getrennte Druckkammer, welche die Effektivfläche des ihr zugeordneten Abschnitts des schwenkbaren Betätigungsglieds IM mit dem in ihr herrschenden Druck beaufschlagt. Auf diese Weise können Funktionen durchgeführt werden, welche der Kraftanlegung durch einen herkömmlichen Balgen gegen ein ausbalanzierbares Schwenkglied entsprechen.

Die beispielhaft in den F i g. 1 und 6 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung gewährleistet, daß unabhängig vom Schwenk-Ausschlag des Betätigungsglieds die Effektivflächen zu beiden Seiten der aus dem schwenkbaren Betätigungsglied WA und der Elastomerschicht 15 bestehenden Kombination stets gleich groß sind. Beispielsweise sind die zwischen den Kammern 18 und 20 befindlichen Flächen des schwenkbaren Betätigungsglieds immer gleich groß, obgleich sie sich bei einer Verlagerung der schwenkbar gelagerten Teile HA, 15 geringfügig ändern können.

F i g. 7 veranschaulicht in schematischer Form die Anwendung einer Ausführungsform in Form eines Verstärkers 50, wie desjenigen gemäß F i g. 6, auf eine Regelstrecke 30. Die Regelstrecke 30 liefert ein Meßbzw. Istsignal 31 und ein Stellsignal 32, und zwar beide in Form von Druckluftsignalen. Das Istsignal 31 wird über den Anschluß 28 in die Druckkammer 20 des Verstärkers 50 und ein Sollwert-Drucksignal 33 wird über den Anschluß 26 in die Druck-Kammer 18 eingegeben, während die Druck-Kammer 21 durch die Druckluftquelle 34 über die Drossel 35, ein T-Stück 36 und den Anschluß 29 vorzugsweise mit einem Druck von 1,41 kg/cm² beaufschlagt wird. Die wie bei der Ausführungsform gemäß Fig.5 mit der Kammer 21 verbundene Luft-Düse 24 entlüftet diese Kammer zur Außenluft hin und wirkt als Drosselventil zwischen der Kammer 21 und der Atmosphäre, wobei die Drosselwirkung durch den Relativabstand zwischen dem Betätigungsglied 11Λ und der Düse-Spitze 25 bestimmt wird. Diese Drosselwirkung steuert den Luftstrom von der Kammer 21 zur Außenluft und erzeugt in Verbindung mit der Drossel 35 in der Kammer 21 einen proportional zwischen Arbeitsdruck und Atmosphärendruck liegenden Druck, welcher den Unterschied zwischen dem Sollwert- und dem Istwertdruck ausgleicht Die Kammer 19 steht über den Anschluß 27, ein T-Stück 39/4, eine regelbare Drossel 37, ein T-Stück 38 sowie das T-Stück 36 mit der Kammer 21 in Verbindung. An das T-Stück 39/4 ist eine pneumatische Kapazität 39 eingeschaltet. Diese die Kammer 19 einschließende Anordnung erfüllt die Integrationsfunktion eines herkömmlichen pneumatischen Reglers. Das von diesem Regler abgegebene Signal wird vom T-Stück 38 abgenommen und über einen Übertrager 40 als Stellsignal 32 der Regelstrecke 30 zugeführt Der Übertrager 40 kann eine für die Einstellung des nicht gesondert eingezeichneten Stellglieds ausreichende Leistungsverstärkung bewirken.

Wenn im Betrieb der Vorrichtung in den Kammern 18 und 20 der Druck des Sollwertsignals 33 vom Druck des Istsignals 31 abweicht, wird das Betätigungsglied 11/4 zunächst aus seiner Null-Stellung verlagert, so daß die Düse 24 den in der Kammer 21 herrschenden Druck stärker oder schwächer drosselt, wodurch der Übertrager 40 mit einem dieser Druckänderung proportionalen Ausgangssignal beaufschlagt wird und dieses das Stellglied in der Weise betätigt, daß das Istsignal 31 möglichst wieder auf den Druck des Sollwertsignals 33 zurückgebracht wird. Falls die Rückführung des Istsignals 31 auf den Druck des Sollwertsignals 33 mit einer Zeitverzögerung verbunden ist, führt die Druckkammer 19 eine Integrierfunktion durch, wodurch das von der Kammer 21 gelieferte Ausgangssignal in Abhängigkeit von einem durch die Drossel 37 und die

ίο Kapazität 39 bestimmten Zeitintegrat schrittweise angehoben wird, bis eine Einstellung des Stellglieds der Regelstrecke 30 erreicht ist, worauf das Istsignal 31 auf den Druck des Sollwertsignals 33 gebracht und mithin das Betätigungsglied WA in die abgeglichene Stellung zurückgeführt wird.

Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 50 wird durch die Lage der Schwenkachse 14 über die Längsabmessung des Betätigungsglieds WA hinweg bestimmt, d.h. ob sich die Schwenkachse 14 beispielsweise auf der Mitte oder, wie in F i g. 5 beispielhaft dargestellt, mehr zum einen Ende des Betätigungsglieds WA hin befindet. Bei einer außermittig angeordneten Schwenkachse 14 besitzen die Kammern 18, 20 beispielsweise eine größere Effektivfläche als die anderen Druckkammern 19, 21 so daß bei Abweichungen von der Null-Stellung die Relativdrucke proportional zum Effektivflächen-Unterschied differieren. Das Verhältnis zwischen den Effektivflächen bestimmt den Verstärkungsgrad der Vorrichtung. Wahlweise oder zusätzlich kann das Betätigungsglied WA an der einen Seite der Schwenkachse 14 breiter sein als an der anderen, so daß sich ebenfalls unterschiedliche Effektivflächen ergeben.

Bei einer in Fig.8 dargestellten vereinfachten Ausführungsform ist eine einzige Druckkammer 20 in Verbindung mit einer gegenwirkenden Feder 43 anstelle eines an die andere Druck-Kammer 18 angelegten Drucksignals vorgesehen. Die Feder 43 gewährleistet einen effektiven Bezugssignaldruck. Der Druck des die Kammer 20 beaufschlagenden Istsignals 31 kann

-to entweder höher oder niedriger sein als der durch die Feder 43 gelieferte Bezugsdruck. Bei einem hohen Istsignaldruck wird mithin die außenliegende Düse 24 verschlossen, während die Düse 24 bei einem unter dem durch die Feder 43 bestimmten Bezugssignaldruck liegenden Istsignaldruck geöffnet wird. Der Druck an der Düse 24 ist der Abweichung des Istsignaldrucks von der Feder-Bezugseinstellung proportional. Die Ausführungsform gemäß Fig.8 veranschaulicht, daß das Betätigungsglied 11Λ über de.i Schwenk-Dichtungs-Bereich an der Schwenkachse 14 aus einer Druckkammer herausgeführt werden kann, um eine außen befindliche Vorrichtung, wie eine Klappen-Düsen-Anordnung, zu beeinflussen.

Die verschiedenen dargestellten Ausführungsformen sollen veranschaulichen, daß die Erfindung nicht in der Anzahl der angewandten Druck-Kammern, sondern vielmehr in der Schichtkonstruktion und in den sich daraus ergebenden Vorteilen liegt, nämlich in einer Schichtkonstruktion, die gegenüber einem schwenkbar gelagerten Betätigungsglied eine oder mehrere Druckkammern festlegt, wobei das Betätigungsglied durch einen als Teil der Schichtkonstruktion ausgebildeten Dichtungsbereich hindurchgeführt ist F i g. 8 kann auch als Beispiel für eine Ausfuhrungs-

form mit nur zwei einander gegenüberliegenden Druckkammern 18 und 20 für Sollwert- und Istwertmessung zusammen mit einer Meß-Düse 24 und einem Relais 41 für einen Ein-Aus- bzw. Schaltregler

angesehen werden. In diesem Fall erstreckt sich das schwenkbare Betätigungsglied HA wiederum über beide Seiten der Schwenkachse 14 hinaus, wobei die eine Seite des Betätigungsglieds zwischen den Druckkammern 18 und 20 liegt, während dessen andere, herausgeführte Seite gegenüber der Umgebungsluft frei liegt. Die Düse 24 stellt zusammen mit dem Relais 41 fest, wenn der Druck des Istsignals 31 den Druck des Sollwertsignals 33 übersteigt, wodurch die Düse 24 geschlossen wird, oder unter dem Druck des Sollwertsignals 33 liegt, wodurch die Düse 24 geöffnet wird. Am Ausgang 42 des Relais 41 erscheint mithin ein Größer-Kleiner-Signal zur Anzeige der relativen Größen von Sollwert- und Istwertsignal in den Druck-Kammern 18 bzw. 20.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt jede Ausführungsform mit einem schwenkbaren Betätigungsglied in Verbindung mit einer schichtweise aufgebauten Dichtungsanordnung, wie sie vorstehend beispielhaft erläutert ist. Die verschiedenen Schichten der Schichtkonstruktion sind vorzugsweise plan, da sich plane Schichten leichter herstellen und zusammenbauen lassen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Planformen der Schichtkonstruktion beschränkt, sondern soll auch jede zweckmäßige oder wünschenswerte Krümmung der Schichten mit einschließen, die sich zu einer Konstruktion mit den Merkmalen der Erfindung zusammensetzen läßt. Die abgewandelten Ausführungsformen können daher jede mit dem Erfindungsgedan- ken in Einklang bringbare Krümmung besitzen, d. h. die plane Konfiguration ist nicht ausschlaggebend.

Obgleich die das schwenkbare Betätigungsglied bildende Schicht vorstehend als aus einer Metallschicht, wie einem Metallblech, hergestellt beschrieben ist, kann hierfür jedes den betreffenden Anwendungszweck brauchbare Material, wie Glas, Kunststoff oder gewisse Verbundkörper, benutzt werden. Das einzige Erfordernis besteht darin, daß das schwenkbare Betätigungsglied für den jeweiligen Anwendungszweck so steif ist, daß es Bewegungen über den vorgesehenen Schwenk-Dichtungs-Bereich zu übertragen vermag. Die das Betätigungsglied bildende Schicht kann aus einem Kunststoff-Gußstück bestehen, das anstelle der den eigentlichen Betätigungsglied-Abschnitt vom Rest trennenden Ausnehmung eine Aussparung bzw. einen Hinterschnitt zwischen dem schwenkbaren Betätigungsglied und dem um dessen Umfang herum angeordneten restlichen Abschnitt aufweist, so daß eine Relativbewegung zwischen dem Betätigungsglied und der Umfangsschicht ermöglicht wird. Bei dieser gegossenen Form der das Betätigungsgüied bildenden Schicht wird die Abdichtung zwischen beiden Oberflächen durch den Hinterschnitt gewährleistet, der sich so weit in die das Betätigungsglied bildende Schicht hinein erstreckt, daß diese Schicht in diesem Bereich nachgiebig wird, während das schwenkbare Betätigungsglied selbst solche Dicke besitzt, daß es die für den jeweiligen Anwendungsfall erforderliche Steifheit gewährleistet Ebenso kann die das Betätigungsglied bildende Schicht aus einer Platte bestehen, die einer Wellung unterworfen worden ist, so daß sich eine Schicht mit einem gewellten Biegungsbereich zwischen dem schwenkbaren Betätigungsglied und dem restlichen Umfangsabschnitt der Platte ergibt Der Abdichtung kann somit bereits bei der Herstellung der das Betätigungsglied bildenden Schicht Rechnung getragen werden, indem durch das Wellen ein flexibler Dichtungsbereich hervorgebracht wird. Aus diesem Grund ist hervorzuheben, daß die Erfindung nicht in einem speziellen Verfahren zur Herstellung eines schwenkbaren Betätigungsglieds nebst seiner Dichtungsschicht besteht, wie dies vorstehend beispielhaft beschrieben ist, sondern sich auf jede beliebige Betätigungsschicht mit Vorkehrungen zur Ermöglichung einer Relativbewegung eines schwenkbaren Betätigungsglieds gegenüber dem restlichen Abschnitt der Schicht bezieht

Ebenso soll der in der vorstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Dichtung benutzte Ausdruck »nachgiebig bzw. flexibel« nur relativ verstanden werden, und kann jegliches Material verwendet werden, das tatsächlich nachgiebiger ist als das schwenkbare Betätigungsglied, beispielsweise eine Metalldichtung mit ausreichender Nachgiebigkeit und Elastizität, um einem vergleichsweise steifen bzw. starren schwenkbaren Glied eine Bewegung über den Dichtungsbereich zur anderen Seite hin zu ermöglichen. Hierbei ist es lediglich erforderlich, daß das schwenkbare Betätigungsglied gegenüber den Bauteilen des Dichtungsbereichs so steif ist, daß es eine Bewegung zu übertragen vermag. Beispielsweise können für unter sehr hohen Drucken arbeitende Vorrichtungen, wie sie beispielsweise bei Dampf-Verfahren Anwendung finden, in gewissem Ausmaß elastische Metallschichten für die Dichtungsschichten angewandt werden, während das Betätigungsglied aus ausreichend steifem Werkstoff hergestellt wird; wahlweise kann das Betätigungsglied einen so großen Querschnitt besitzen, daß die Bewegung einwandfrei über den Dichtungsbereich übertragen wird. Beispielsweise kann das Betätigungsglied selbst großen Querschnitt besitzen, welcher eine ausreichende Verformung in seinem einer Dichtungslage zugeordneten Oberflächenbereich zuläßt, so daß die Bewegung ohne weiteres über den Schwenk-Dichtungsbereich übertragen werden kann. Die Erfindung besteht mithin nicht in den bei den verschiedenen Schichten der Vorrichtung verwendeten Werkstoffen, sondern in der Kombination eines den Dichtungsbereich, der als Teil der Schichtkonstraktion selbst ausgebildet ist, mit der betreffenden Konfiguration und Form sowie den verwendeten, an den vorgesehenen Anwendungszweck angepaßten Werkstoffen. Die dargestellte Form des schwenkbaren Glieds ist zwar für die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zweckmäßig, doch kann dieses Glied auch jede passende andere Form besitzen und mit jeder zweckmäßigen, gewünschten Effektivfläche ausgebildet werden. Die jeweiligen Hälften des schwenkbaren Glieds, zu beiden Seiten seiner Schwenkachse können weitgehend ungleichförmig sein und eine beliebige einer Vielfalt an sich möglicher Konfiguration besitzen, da die Erfindung keineswegs auf eine bestimmte Form beschränkt ist Ebenso können die ausgesparten Platten aus jedem beliebigen Material bestehen und jede beliebige Gestalt besitzen, solange sie eine zufriedenstellende Halterung für die Schichtkonstruktion bilden und dem vorgesehenen Anwendungszweck angepaßt sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Pneumatische Vorrichtung zur Verwendung als Relais, pneumatischer Verstärker; pneumatischer Fühler, logisches pneumatisches Glied, pneumatischer Regler oder für ähnliche Aufgaben, bestehend aus mindestens zwei, durch eine an bestimmten Flächenbereichen versteifte Membran getrennte Kammern, die durch ein Strömungsmittel beaufschlagbar sind und wobei die Membran an ihrem an die Kammerwandung angrenzenden Bereich von der Versteifung frei und flexibel ist, dadurch gekennzeichnet, daß die versteifte Membran (HA) nach Art einer Wippe nur um eine in ihrer Ebene liegende unverrückbare Achse (14) und im Schwenkachsenbereich entlang einer Linie abgedichtet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, JaB im Bereich der Linienabdichtung bzw. Lagerung (14, 22A, 23A) der Membran die Versteifung den flexiblen Umfangsbereich der Membran stegförmig überbrückt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung und der stegförmige Versteifungsabschnitt (llQder Membran aus einer zusammenhängenden Versteifungsschicht (WA) gebildet sind, die auf einer Seite einer flexiblen Membranschicht (15) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung und der stegförmige Versteifungsabschnitt (UC) der Membran aus zwei auf den sich gegenüberliegenden Seiten einer flexiblen Membranschicht (15) ausgebildeten Versteifungsschichten (11,23) gebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (16, 17) im Schwenkbereich (bei 14) der Membran (11/4) vergleichsweise steife Verspannmittel (16Λ, YlA) zur Halterung nachgiebiger bzw. flexibler Dichtungen (22A IiA) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebigen bzw. flexiblen Dichtungen (22, 23) im Schwenkbereich (bei 14) der Membran (WA) Dichtungsansätze (22A 23-4J aufweisen, und mit Ausnehmungen versehen sind, welche der Konfiguration der schwenkbaren Membran zu beiden Seiten des Schwenkbereiches entsprechen.