DE3128408A1

DE3128408A1 - Vorrichtung zur umwandlung des druckes eines druckmittels in ein elektrisches signal

Info

Publication number: DE3128408A1
Application number: DE19813128408
Authority: DE
Inventors: Hermann 7951 Warthausen Gmeinder; Georg Ing.(grad.) 7957 Schemmerhofen Wenger
Original assignee: Kaltenbach and Voigt GmbH
Current assignee: Kaltenbach and Voigt GmbH
Priority date: 1981-07-17
Filing date: 1981-07-17
Publication date: 1983-02-03
Also published as: CH659729A5; FR2509857B1; IT8253529V0; IT1155552B; WO1983000405A1; DK319882A; IT8267911A0; JPH032537U; FR2509857A1; DE3128408C2; JPS58500828A; US4514604A

Description

Dipl.-lng. H. MITSCHERLICH 0--8000"MDNCHEN 2

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße

Dr.rer.nat. W. KÖRBER - ₆ - ^ ⁽°⁸⁹⁾ *²⁹⁶⁶⁸⁴ Dipl.-l η g. J. SCHMIDT-EVERS
PATENTANWÄLTE

Gu/ay 7/1288

17. Juli 1981

Kaltenbach & Voigt GmbH & Co.
Bismarckring 39
795o Biberach/Riß

Vorrichtung zur Umwandlung des Druckes eines Druckmittels in ein elektrisches Signal

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung des Druckes eines Druckmittels bzw. eines Fluids, z.B. Gas, insbesondere Luft oder Flüssigkeit, insbesondere Wasser oder ein einen Spray bildendes Gemisch aus den beiden letztgenannten Medien, in ein elektrisches Signal, bestehend aus einem elektrischen Geber, wie einem verstellbaren Widerstand und/oder einem Schalter, welcher Geber mittels eines durch den Druck des von einer zu- und abschaltbaren Druckmittelquelle kommenden Druckmittels hin- und herbewegbaren Verstellorgans unter jeweiliger elektrischer Verbindung und Unterbrechung seiner mindestens zwei Kontakte jeweils in die eine von zwei Einstel 1positionen, z.B. bei einem Schalter in die Einschaltstellung oder in die Ausschaltstellung, bringbar ist.

Durch die DD-PS 83 634 sind Vorrichtungen der eingangs genannten Art bekannt, bei denen der elektrische Geber

als Schalter bzw. Mikroschalter und das Verstellorgan als Membran ausgebildet sind, durch welche ein aus dem Gehäuse des Schalters ragendes Stellglied zwecks Verbindung bzw. Unterbrechung seiner Kontakte, d.h. zwecks Umschaltung von der einen Einstel1 position in die andere in Bewegung versetzt wird. Die hierfür erforderliche Bewegungsstrecke sowie die Ausmaße des Schalters bedingen eine verhältnismäßig große Schalthysterese und ein verhältnismäßig großes Bauvolumen der Vorrichtung, abgesehen davon, daß ein Schalter bzw. Mikroschalter mit beweglichem Stellglied ein aufwendiges Bauteil ist. Ein noch größeres Bauvolumen ergibt sich, wenn gemäß den DE-AS 2o 29 981 und 2o 31 58o die Membran über eine Druckplatte und ein federndes, an einem vorrichtungsfesten Gegenlager abgestütztes Zwischenglied mit dem Stellglied des elektrischen Gebers in Wirkverbindung steht.

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingarfs genannten Art zu schaffen, die ein minimales Bauvolumen und einen minimalen Aufwand an Bauteilen aufweist.

Die durch die Erfindung erreichbaren Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß ein Geber bzw. Schalter mit aus einem Gehäuse ragenden hin- und herbeweglichen Stellglied entfällt; vielmehr kann der Geber in einfacher Weise lediglich aus den dem Verstellglied in seiner nicht-druckmittelbeaufschlagten Stellung dicht benachbart angeordneten Kontakten bestehen, die in üblicher Weise mit Anschlußmitteln, z.B. mit je einem Kabel verbunden sind. Da für die gegenseitige Verbindung der Kontakte durch das Verstell organ insbesondere bei vorrichtungsfester Anordnung derKontakte nur eine äußerst geringe Bewegungsstrecke des Verstellorgans erforderlich ist, ergibt sich ein sehr geringes Bauvolumen

der gesamten Vorrichtung. Insbesondere kann die Bauhöhe klein gehalten werden. Durch den Wegfall des beweglichen Geber-Stellgliedes wird nicht nur das Bauvolumen verkleinert, sondern auch ein weitgehend vereinfachter Aufbau der Vorrichtung erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben und nachstehend erläutert.

In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 die Vorrichtung im Schnitt mit zugeordneter Druckmittel quelle in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung im Schnitt,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine weitere gegenüber Fig. 1 abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung im Schnitt,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 Anwendungsmöglichkeiten der Vorrichtung in schaubildlicher Darstellung,

Fig. 7 eine weitere Anwendungsmöglichkeit der Vorrichtung

als Strömungs- oder Differenzdruckwächter im Schnitt und

Fig. 8 eine weitere gegenüber Fig. 1 zwecks Bildung eines

Schwellwellenschalters abgeänderte Ausführungsform im Schnitt. - 9 -

Die Vorrichtung zur Umwandlung des Druckes eines Druckmittels in ein elektrisches Signal besteht aus einem elektrischen Geber 1, der mittels eines beweglichen, durch den Druck des von einer Druckmittelquelle 2, z.B. einem Kompressor, kommenden Druckmittels hin- und herbewegbaren Verstellorgans 3 unter jeweiliger elektrischer Verbindung bzw. Unterbrechung seiner beispielsweise aus Kupfer bestehenden Kontakte 4, 5 jeweils in die eine von zwei Einstellpositionen bringbar ist. Die von der Druckmittelquelle 2 (Fig. 1) kommende, das unter einem Druck P stehende und zur Beaufschlagung des Verstellorgans 3 dienende Druckmittel führende Leitung ist mit 6 bezeichnet. In die.Leitung 6 sind noch ein Zweiwegeschalter 7, z.B. ein Fußschalter, zum Ein- und Ausschalten der Druckmittelzufuhr und ein Rückschlagventil 8 mit einem dieses umgebenden Bypass 9 mit eingebauter Drossel Io zur Verzögerung der Unterbrechung der Kontakte 4, 5 eingebaut.

Wie noch näher erläutert wird, sind die Kontakte 4, 5 des Gebers 1 in der einen Einstel1position des Verstellorgans durch letzteres unmittelbar elektrisch verbindbar.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 besteht die mit den Kontakten 4, 5 des Gebers 1 in Berührung kommende Seite des Verstel!organs 3 aus elektrisch leitendem Material. Hierzu ist eine Schicht aus elektrisch leitendem Material, z.B. Kupfer, auf der genanten Seite des Verstellorgans 3 vorgesehen. Es kann aber auch das Verstellorgan 3 ganz aus elektrisch leitendem Material bestehen.

Aus der Zeichnung ergibt sich, daß die Kontakte 4, 5 vorrichtungsfest angeordnet sind. Hierzu ist z.B. gemäß Fig. 2 und

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der Geber 1 in Form einer Platte 12 aus elektrisch nicht leitendem Material mit auf der dem Verstellorgan 3 zugewandten Seite angeordneten Kontakten 4, 5 ausgebildet. Beispielsweise gemäß Fig. 4 und 5 sind die Kontakte 4, 5 in die Platte 12 eingelagert, wobei die Kontakte nach Art einer gedruckten Schaltung angeordnet sein können. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind die Kontakte 4, 5 mäanderförmig ineinander

Jegreifend angeordnet. In dem Fall ist die Anordnung derart, daß das Verstellorgan 3 nach seiner durch das Druckmittel bewirkten Bewegung die Kontakte 4, 5 berührt und eine elektrische Verbindung der Kontakte 4, 5 bewirkt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist nQch auf der dem Geber 1 abgewandten Seite des Verstellorgans 3 eine abdichtende Abdeckfolie 13 angeordnet.

Grundsätzlich kann als hin- und herbewegbares Verstellorgan 3 ein durch das Druckmittel beaufschlagbarer Kolben vorgesehen sein. Um jedoch das Bauvolumen der Vorrichtung bzw. dessen Bauhöhe besonders klein zu halten und eine Rückstellkraft bzw. ein RücksteTlglied für den Kolben, z.B. eine Feder zu vermeiden, ist in an sich bekannter Weise das Verstellorgan 3 nach Art einer durch das Druckmittel beaufschlagbaren Membran 14 ausgebildet.

Aus den Fig. 1, 2, 4, 7 und 8 geht hervor, daß nach Art eines Folienschalters zwischen dem plattenförmigen Geber 1 und der Membran 14 eine Isolierplatte 15 angeordnet ist, die zur Ermöglichung der unter dem Druck des Druckmittels erfolgenden Berührung der Membran 14 mit den Kontakten 4, 5 des Gebers eine Durchbrechung 16 aufweist. Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 4 sind die Membran 14 und die Isolierplatte 15 in einer flach ausgebildeten, mit

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einem Anschlußstutzen 6a für die Druckmittel leitung 6 versehenen Membrankammer 17 angeordnet, während bei den Ausführungsformen nach den Fig. 2, 7 und 8 die Membran 14 auf dem Rand 17a der flach ausgebildeten Membrankammer 17 angeordnet ist. Die Membrankammer 17 ist mittels eines oder mehrerer Dichtringe 18 gegen das Austreten von Druckmittel abgedichtet. Die Verbindung der Membrankammer 17 mit dem plattenförmigen Geber 1 erfolgt bei der Ausführungsform nach Fig. 4 mit'Hilfe von Schrauben 19, während bei den übrigen Ausführungsformen diese Verbindung durch Kleben hergestellt sein kann. Bei Fig. 1 sind die Teile 1, 13, 14, 15 zuvor durch Einschnappen in den Membranraum 19 eingebracht, wobei die Teile 1, 13, 14, 15 und/oder 17 aus elastischem Werkstoff bestehen.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1, 2, 7, 8 bilden die Membran 14, die Isolierplatte 15 und der plattenförmige Geber ljeine bauliche Einheit 2o. Dabei können die genannten Teile 14, 15, 1 der baulichen Einheit z.B. durch Kleben zusammengehalten sein.

Vorteilhaft ist es auch, z.B. gemäß Fig. 2, 4, 6, 7, 8, eine bauliche Einheit 2o mit der Membrankammer 17 zu einem einheitlichen Bauteil 23 zu verbinden. Auch diese Verbindung kann durch Kleben hergestellt sein, aber auch eine Verbindung mittels Verschrauben ist möglich, vgl. die in Fig. 4 ersichtlichen Schrauben 21.

Es können eine oder mehrere bauliche Einheiten 2o oder es kann wie in Fig. 6 dargestellt ein einheitlicher Bauteil 23 an einer Platine 22 vorgesehen sein. Hierzu dienen elektrische Steckkontakte 24, die an dem plattenförmigen Geber

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der baulichen Einheit 2o bzw. des einheitlichen Bauteils angeordnet sind und zum Einstecken in Gegen-Steckglieder der Platine 22 dienen. Die Gegen-Steckglieder 25 können mit elektrischen Zu- und Ableitungen 26, z.B. in Form von an der Platine 22 vorgesehenen gedrückten Schaltungen verbunden sein. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind die Zu- und Ableitungen 26 als einfache Drähte ausgebildet. Auch ist es - wie weiterhin aus Fig. 6 hervorgeht - möglich, die Membrankammer 17 allein auf der Platine 22 anzuordnen, wobei dann ähnlich wie in Fig. 4 zumindest der Geber 1 in der Platine und die Isolierplatte 15 sowie die Membran 14 in der Membrankammer angeordnet sind. Es können aber z.B. außer dem Geber 1 auch noch die Isolierplatte 15 in der Platine 22 und nur die Membran 14 in der Membrankammer 17 angeordnet sein. Schließlich ist es auch möglich, daß ähnlich wie in Fig. 2 Geber 1, Isolierplatte 15 und Membran 14 in der Platine zusammengefaßt sind, wobei dann nur die Membrankammer 17 mit ihrem Rand 17a derart auf die Platine 22 gesetzt zu werden braucht, daß der umlaufende Rand 17a die Durchbrechung 16 der unter der Membran 14 liegenden Isolierplatte 15 umschließt.

Zur Entlüftung des durch die Durchbrechung 16 zwischen dem plattenförmigen Geber 1 und der Membran 14 gebildeten Raumes ist bei den Ausführungsformen nach den Fig. 4, 7 und 8 der plattenförmige Geber 1 mit einer die ihn bildende Platte 12 durchsetzenden öffnung 27 versehen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist zur Bildung eines Strömungs- oder Differenzdruckwächters die öffnung 27 der Platte 12 mit einem Leitungsabschnitt 6' verbunden, der ein Druckmittel führt, das einen gegenüber dem Druck Pl des in den Membranraum 19 strömenden Druckmittels unterschiedlichen

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Druck P2 aufweist. Der die z.B. einen zahnärztlichen Spray führende Leitung 6 fortsetzende Leitungsabschnitt 6' besitzt einen kleineren Querschnitt als die Leitung 6 und wird seinerseits fortgesetzt durch einen Leitungsabschnitt 6¹¹, der den gleichen Querschnitt wie die Leitung 6 aufweist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 ist zur Veränderung der Druckempfindlichkeit der Membran 1.4 im Boden der Membrankammer 17 eine von außen betätigbare Einstellschraube 28 angeordnet, gegen die sich eine Druckfeder 29 abstützt, die ihrerseits einen Druckstempel 3o in Anlage an die Membran 14 hält. Weiterhin geht aus Fig. 8 hervor, daß im Boden der Membrankammer 17 eine von außen betätigbare VerstelIschraube 31 zur Einstellung des Schaltpunktes und der Schalthysterese angeordnet ist. Die Verstellschraube 31 erstreckt sich mit einem sich konisch verjüngenden Ende 32 in einen ebenfalls sich konisch verjüngenden, in den Membranraum 19 mündenden

OO

Kanal/, der einen in's Freie mündenden Abzweig 34 aufweist. Außerdem ist noch bei der Ausführungsform nach Fig. 8 im Boden der Membrankammer 17 ein Druckmittel-Speicherraum 35 vorgesehen, wobei der Querschnitt der Einlaßöffnung 36 des Druckmittel-Speicherraumes 35 kleiner ist als der Querschnitt der in den Membranraum 1.9 mündenden Auslaßöffnung 37. Die Ausführungsform nach Fig. 8, die einen sogenannten Schwellwellenschalter bildet, eignet sich wie auch die anderen Ausführungsformen insbesondere für zahnärztliche Druckmittel, wie Kühlluft, Kühlwasser, ein durch ein Gemisch von Luft und Wasser gebildetes Kühl spray, Turbinen- oder Luftmotor-Antriebsluft bzw. -Abluft od.dgl., z.B. wenn beim Aus- oder Einschalten eines mitjdem Druckmittel beaufschlagten zahnärztlichen Behandlungshandstückes ein elektrisches Signal abgegeben werden soll, beispielsweise um die Energiezufuhr zu einem anderen Handstück ein- bzw. auszuschalten,

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oder um beim Ausschalten der Druckmittelzufuhr zu einem Handstück auch die z.B. für Beleuchtungszwecke vorgesehene Zufuhr von elektrischer Energie zu diesem Handstück - gegebenenfalls unter der Wirkung der Drossel Io verzögert abzuschalten.

Der in Fig. 1 ersichtliche Zweiwegeschalter 7 zum Ein- und Ausschalten der Druckmittelzufuhr zum Membranraum 19 kann z.B. in Form eines durch Fußdruck betätigbaren volumenveränderlichen Hohlkörpers, beispielsweise gemäß der DE-OS 15 66 281 in Form eines ringförmigen Luftsackes aus elastischem Material ausgebildet sein.

Die Darstellung in der Zeichnung ist nicht maßgetreu, so ist z.B. in Wirklichkeit die Gesamtbauhöhe der Vorrichtung, d.h. die Abmessung a in Fig. 4 von der Außenseite des Bodens der Membrankammer 17 bis zur Außenseite des plattenförmigen Gebers 1 wesentlich kleiner, z.B. 3 bis 5 mm, während Breite und Länge der Vorrichtung, d.h. die Abmessungen b und c in Fig. 5 jeweils etwa 10 bis 20 mm betragen.

Der Patentanwalt

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Claims

Kaltenbach & Voigt GmbH & Co,
Bismarckring 39
795o Biberach/Riß

Ansprüche

Vorrichtung zur Umwandlung des Druckes eines Druckmittels in ein elektrisches Signal, bestehend aus einem elektrischen Geber (1), welcher mittels eines durch den Druck des von einer Druckmittelquelle (2) kommenden Druckmittels hin-und herbewegbaren Verstellorgans (3) unter jeweiliger elektrischer Verbindung und Unterbrechung seiner Kontakte (4, 5) jeweils in die eine von zwei Einstellpositionen bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (4, 5) des Gebers (1) in der einen Einstellposition des Verstellorgans (3) durch letzteres unmittelbar elektrisch verbindbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die mit den Kontakten (4, 5) des Gebers (1) in Berührung kommende Seite des Verstellorgans (3) aus elektrisch leitendem Material besteht. (Fig. 2)
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (4, 5) des Gebers (1) vorrichtungs fest angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (1) in Form einer Platte (12)

aus elektrisch nicht leitendem Material mit auf der dem Verstellorgan (3) zugewandten Seite angeordneten Kontakten (4, 5) ausgebildet ist. (Fig. 3)
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (4, 5) in der aus elektrisch nicht leitendem Material bestehenden Platte (12) eingelagert sind. (Fig. S)
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (4, 5) nach Art einer gedruckten Schaltung angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (4, 5) mäanderförmig angeordnet sind. (Fig. 3)
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellorgan (3) nach Art einer durch das Druckmittel beaufschlagbaren Membran (14) ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem plattenförmigen Geber (1) und der Membran (14) eine Isolierplatte (15) angeordnet ist, die zur Ermöglichung der unter dem Druck des Druckmittels erfolgenden Berührung der Membran (14) mit den Kontakten (4, 5) des Gebers eine Durchbrechung (16) aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 und/oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14) in einer flach ausgebildeten Membrankammer (17) angeordnet ist. (Fig. 1, 4)
11. Vorrichtung nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Isolierplatte (15) in der flach ausgebildeten Membrankammer (17) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8 und/oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14) auf dem Rand (17a) einer flach ausgebildeten Membrankammer (17) angeordnet ist. (Fig. 2, 7, 8)
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Io bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrankammer (17) mittels eines Dichtringes (18) abgedichtet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14), die Isolierplatte (15) und der plattenförmige Geber (1) eine bauliche Einheit (2o) bilden. (Fig. 1, 2, 7, 8)
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die bauliche Einheit (2o) mit der Membrankammer (17) zu einem einheitlichen Bauteil (23) verbunden ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der plattenförmige Geber (1) der baulichen Einheit (2o) bzw. des einheitlichen Bauteils (23) mit Steckkontakten (24) versehen ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere bauliche Einheiten (2o) bzw. einheitliche Bauteile (23) an einer Platine (22) vorgesehen sind. (Fig. 6)
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß den Steckkontakten (24) Gegen-Steckglieder (25) in der Platine (22) zugeordnet sind. (Fig. 6)
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der plattenförmige Geber (1) mit einer die ihn bildende Platte (12) durchsetzenden Öffnung (27) versehen ist. (Fig. 4, 7, 8)
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Strömungs- oder Differenzdruckwächters die Öffnung (27) mit einem ein einen gegenüber dem Druck (P 1) des in den Membranraum (19) strömenden Druckmittels unterschiedlichen Druck (P 2) aufweisendes Druckmittel führenden Leitungsabschnitt (6¹) verbunden ist. (Fig. 7)
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Io bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden der Membrankammer (17) eine von außen betätigbare Einstellschraube (28) angeordnet ist, gegen die sich eine Druckfeder (29) abstützt, die ihrerseits einen Druckstempel (3o) in Anlage an die Membran (14) hält. (Fig. 8)
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Io bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden der Membrankammer (17) eine von außen betätigbare Verstellschraube (31) zur Einstellung des Schaltpunktes und der Schalthysterese angeordnet ist. (Fig. 8)
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellschraube (31) sich mit einem sich konisch verjüngenden Ende (32) in einen ebenfalls sich konisch verjüngenden, in den Membranraum (19) mündenden Kanal (33) erstreckt, der einen in's Freie mündenden Abzweig (34) aufweist
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Io bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden der Membrankammer (17)ein Druckmittel-Speicherraum (35) vorgesehen ist. (Fig. 8)
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Einlaßöffnung (36) des Druckmittel-Speicherraumes (35) kleiner ist als der Querschnitt der in den Membranraum (19) mündenden Auslaßöffnung (37). (Fig. 8)