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Umsteuerventileinsatz für eine
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druckluftgetriebene Doppelmembranpumpe Die Erfindung betrifft einen
Umsteuerventileinsatz für eine druckluftgetriebene Doppelmembranpumpe, die aus einem
Pumpengehäuse mit zwei mit Abstand nebeneinander angeordneten Gehäusekammern besteht,
die jeweils eine Membraneinrichtung aufweisen und von dieser in eine Pumpenkammer
und eine Luftkammer aufgeteilt sind, wobei die Luftkammer der beiden Gehäusekammern
zueinander ausgerichtet sind und zwischen sich einen Druckluftumsteuerblock aufweisen,
der den beiden Luftkammern Druckluft zuführt und die Luftkammern wechselweise entlastet,
wobei die Pumpenkammer über Ventileinrichtungen mit einem Saugstutzen und einem
Druckstutzen in Verbindung stehen, über die das zu fördernde Gut in die Pumpenkammer
aufgrund der durch die Druckluft erzeugten Membranbewegung angesaugt bzw. aus der
Pumpenkammer herausgedrückt wird, wobei der Druckluftumsteuerblock einen Hauptventilsteuerkolben
zu Umsteuerung der Luftkammerverbindungswege besitzt, der aus einem ersten Zylindereinsatz
mit Anschlußbohrungen, einem darin verschieblich angeordneten Zylinderkolben mit
die Anschlußbohrungen je nach Kolbenstellung miteinander verbindenden, in die Kolbenaußenfläche
eingebrachten, ringförmigen
Nuten und mit einer Axsialbohrung,
durch die eine von den Membraneinrichtungen in Eingriff nehmbare Stange hindurchreicht,
wobei der Zylindereinsatz in einer Durchgangsbohrung des Druckluftumsteuerblockes
eingesetzt und beidseitig von Abschlußbuchseneinsätzen gehalten und abgedichtet
wird, die auch ein druckdichtes Gleitlager für die Stange bilden.
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Eine derartige Einrichtung ist aus der europäischen Patentanmeldung
ovo61706 der Anmelderin bereits bekannt. Von besonderem Vorteil ist dabei der blockartige
Aufbau der Umsteuereinrichtung, weil dies nicht nur den Einsatz eines einheitlichen
Druckluftumsteuerblockes bei Doppelmembranpumpen verschiedener Ausführung ermöglicht
und daher die Herstellungskosten wegen der größeren möglichen Auflage erniedrigt,
sondern auch Reparatur- und Wartungsarbeiten stark vereinfacht werden, weil durch
den blockartigen Aufbau sich der Austausch beispielsweise einer defekten Druckluftumsteuereinrichtung
oder auch einer defekten Membran sehr viel einfacher gestaltet als es bei älteren
Konstruktionen der Fall ist, die einen derartigen blockartigen Aufbau noch nicht
zeigen, siehe beispielsweise die DE-OS 1 813 712, bei der das Gehäuse der Umsteuereinrichtung
gleichzeitig die Luftkammer für das Pumpengehäuse bildet, wodurch ein einfacher
Austausch der Druckluftumsteuereinrichtung nicht mehr möglich ist, vielmehr die
gesamte Pumpe vollständig demontiert werden muß.
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Vorteilhaft ist bei der insbesondere in der Fig. 18 der europäischen
Patentanmeldung gezeigten Ausführungsform auch der verhältnismäßig einfache Aufbau
des Steuerblockes sowie die Tatsache, daß der Druckluftumsteuerblock einen Umsteuerventileinsatz
besitzt, der seinerseits einen leichten Austausch des Umsteuerventils ermöglicht
und somit zur weiteren . duzierung nicht nur der Herstellungskosten, sondern auch
der Wartungs- und Reparaturkosten der Pumpe ermöglicht. Wie aus der dargestellten
Zeichnung erkennbar wird, genügt es, die beiden Pumpengehäusehälften von dem Druckluftumsteuerblock
durch
Lösen entsprechender Schrauben abzunehmen und dann die beidseitig den Zylindereinsatz
haltenden Abschlußbuchseneinsätze herauszuziehen, um den Hauptventilsteuerkolben
aus der Umsteuerventileinrichtung herauszunehmen und ggf.
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zu ersetzen oder zu warten. Dies leistet keine der früheren Konstruktionen,
die bisher auf den Markt gekommen sind.
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Der Umsteuerventileinsatz, der aus der EU-Patentschrift ovo61706 bekannt
geworden ist, weist nun zwar bereits viele Vorteile auf, insbesondere ist er sehr
genau regulierbar, insbesondere bei sehr langsamer Taktfrequenz von beispielsweise
einem Hub pro Minute, wobei selbst bei dieser langsamen Betriebsgeschwindigkeit
die Gefahr des Stehenbleibens nicht gegeben ist.
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Werden derartige langsame Taktfrequenzen nicht benötigt, läßt sich
der Aufbau des Umsteuerventileinsatzes noch weiter vereinfachen, was wiederum der
Vereinfachung von Reparatur-und Wartung zu Gute kommt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den bekannten Umsteuerventileinsatz
für einen Drucklunftumsteuerblock, wie er bei Doppelmembranpumpen der eingangs geschilderten
Art vorteilhafter Weise eingesetzt werden kann, dahingehend zu verbessern, daß er
mit noch weniger Aufwand hergestellt werden kann und seine Wartung und Reparatur
noch einfacher wird.
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Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß der Hauptventilsteuerkolben über
ein pneumatisch arbeitendes Antriebssystem angetrieben wird, das aus einem innerhalb
des Hauptventilsteuerkolbens angeordneten weiteren Ventilkolbensystem besteht, das
seinerseits über Ansatzstifte, die die Stangenenden bilden, von der Bewegung der
Membraneinrichtungen angetrieben wird.
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Durch diese Konstruktion, die ähnlich kompakt wie das mechanisch arbeitende
Antriebssystem gemäß dem Stand der Technik
wird eine Konstruktionsvereinfachung
erreicht, die ganz erheblich ist und dadurch nicht nur die Herstellungskosten erniedrigt,
sondern auch die Reparatur- und Wartungsarbeiten verbilligt. Hinzu kommt, daß sich
diese pneumatische Version als noch verschleißfester erwiesen hat, als die mechanische
Konstruktion, bei der nach einer bestimmten, wenn auch hohen Hubzahl mit einem Ventilfederbruch
gerechnet werden muß, wenn nicht besondere, die Konstruktion verkomplizierende Verfahren
angewendet werden (wie beispielsweise Lagerung der Federn in oder auf Kunststoffhalterungen,
beispielsweise Federkäfigen aus dem Kunststoff Delrin.
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Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, daß eine derartige Doppelventilanordnung,
bei der ein Ventil in einem anderen Ventil koaxial angeordnet ist, an sich bereits
bekannt ist, siehe die bereits erwähnte DE-OS 1 813 712. Die dort gezeigte Anordnung
löst aber die hier angestrebte Aufgabe nicht, weil weder die Druckluftumsteuereinrichtung
blockartig aufgebaut ist, noch es sich bei den Umsteuerventileinrichtungen um die
weiter oben geschilderte Einsatzförmigen Anordnungen handelt. Auch ist nicht erkennbar,
wie die aus dieser Offenlegungsschrift bekannte Konstruktion selbst bei Berücksichtigung
der der EU-Patentschrift entnehmbaren Merkmale zu einem Umsteuerventileinsatz umgestaltet
werden kann, der die erfindungsgemäße Aufgabe löst.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besitzt der Kolben des Hauptventilsteuerkolbens
eine durchgehende, glatte Axial bohrung, in deren Enden die Abschlußbuchseneinsätze
gleitend und den Kolben lagernd eingeschoben sind.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform ist in der Achsialbohrung mittig
ein Kunststoffeinsatz angeordnet und durch einen radialen Stift o. dgl. fixiert,
welcher Einsatz seinerseits eine Achsialbohrung aufweist, durch die ein Rohr mit
Bohrungen gleitend hindurchgeführt ist, dessen Enden in den Anschlußbuchseneinsätzen
festgehalten sind.
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Durch die beiden Ausführungsformen wird eine noch weitere Vereinfachung
von Herstellung und Wartung ermöglicht.
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In noch weiteren Unteransprüchen werden günstige Ausführungsformen
für einzelne Bauelemente des erfindungsgemäßen Umsteuerventileinsatzes gelehrt.
Von besonderer Bedeutung sind dabei der mehrteilige Aufbau der Kolbenstange, durch
die deren Herstellung wie auch deren Montage und Wartung vereinfacht wird, desweiteren
der besondere Aufbau der Anschlußbuchsen, insbesondere das Merkmal der Bildung von
Dichtlippen durch Hinterschneidungen, wodurch die Anordnung seperat zu montierender
Dichteinrichtungen an vielen Stellen entbehrlich wird, was gleichfalls der Vereinfachung
der Herstellung dient, ebenso bei Wartungsarbeiten die Montagezeit verringert und
die Anzahl der störungsanfälligen Bauteile verringert, so daß auch in dieser Hinsicht
der Aufgabe der vorliegenden Erfindung gedient wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.
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Es zeigt: Fig. 1 in einer Schnittansicht eine Doppelmembranpumpe mit
Druckluftumsteuerblock, der mit dem erfindungsgemäßen Umsteuerventileinsatz versehen
werden kann; Fig. 2 in einer vergrößerten Detaildarstellung eine Schnittansicht
auf eine Doppelmembranpumpe gemäß Fig.
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1 mit Druckluftumsteuerblock, in den ein mechanisch arbeitendes Antriebssystem
gemäß der EU-Patentschrift 0061706 eingesetzt ist; Fig. 3 eine noch weiter vergrößerte
Detaildarstellung des Druckluftumsteuerblockes zur weiteren Erläuterung von dessen
Arbeitsweise, wobei dieser Umsteuerblock sowohl mit einem mechanisch arbeitenden
Umsteuerventileinsatz
gemäß der EU-Patentschrift ovo61706 wie
auch mit dem erfindungsgemäßen pneumatischen Steuerventileinsatz arbeitsfähig ist;
Fig. 4 eine Seitenansicht auf die Auslaßseite des Gehäuses des Druckluftumsteuerblockes,
in dem der erfindungsgemäße Umsteuerventileinsatz eingesetzt werden kann; Fig. 5
eine quer zur Ventilachse verlaufende Schnittansicht durch den Druckluftumsteuerblock,
wobei der Schnitt längs der Linie V-V der Fig. 4 gelegt ist; Fig. 6 eine Seitenansicht
von links auf den in Fig. 4 dargestellten Druckluftumsteuerblock; Fig. 7 eine Seitenansicht
von rechts auf den in Fig. 4 dargestellten Druckluftumsteuerblock; Fig. 8 eine Teilschnittansicht
längs der Linien VIII-VIII der Fig. 5; Fig. 9 eine Teilschnittansicht längs der
Linien IX-IX der Fig. 7; Fig. 1o eine Teilradialschnitt- (links) sowie eine Axialschnittansicht
(rechts) in vergrößerter Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus des Zylindereinsatzes
für den Hauptventilsteuerkolben; Fig. 11 in einer Axialschnittansicht (rechts) und
in einer Radialschnittansicht längs der Schnittlinie XI-XI (links) den zur Festlegung
des Zylindereinsatzes in einer Durchgangsbohrung des Druckluftumsteuerblockes dienenden
Abschlußbuchseneinsatz; Fig. 12 in einer Axialschnittansicht (rechts) und einer
Radialschnittansicht
entlang der Pfeile XII-XII (links) das zum Aufbau des Hauptventilsteuerkolbens dienende
Ko lbenrohr; Fig. 13 in einer Axialschnittansicht den in dem Kolbenrohr gemäß Fig.
12 mittig anzuordnenden Kunststoffeinsatz; Fig. 14 in einer teilsweise geschnittenen
Seitenansicht (rechts) und in einer Stirnansicht (links) ein zum Aufbau der Kolbenstange
dienendes Teil; Fig. 1 5 in einem Axialschnitt und einem Radialschnitt (rechts)
bzw. links) den Kolbenzylinder des Hilfsventilkolbensystems; und Fig. 16 in einer
Axialschnittansicht den erfindungsgemäßen Umsteuerventileinsatz gemäß einer besonders
günstigen Ausführungsform.
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In Fig. 1 ist in einer etwas schematisierten Schnittansicht eine druckluftgetriebene
Doppelmembranpumpe lo dargestellt, bestehend aus einem Pumpengehäuse 12 mit zwei
im Abstand nebeneinader angeordneten Gehäusekammern 14, die jeweils eine Membran
16 aufweisen und von dieser in eine Pumpenkammer 18 und eine Luftkammer 20 aufgeteilt
sind, wobei die beiden Luftkammern 2o zueinander ausgerichtet sind und zwischen
sich einen Druckluftumsteuerblock 22 aufweisen, die z. B.
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von oben zugeführte, unter Druck stehende Arbeitsluft, siehe Pfeil
24, den beiden Luftkammern 20 (Pfeil 26) zuführt.
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Die Pumpenkammern stehen über Kugelventileinrichtungen 30 mit einem
gemeinsamen Saugstutzen 32 in Verbindung, der seinerseits an einen das zu fördernde
Medium liefernden Vorratsbehälter angeschlossen ist, sowie über weitere Ventileinrichtungen
28 mit einem wiederum gemeinsamen Druckstutzen 34, der mit der Einrichtung in Verbindung
steht, der das
zu fördernde Gut geliefert werden soll.
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Die Membraneinrichtungen 16 umfassen jeweils ringförmige Membranstützplatten
36, die jeweils auf dem Ende eines Membrankolben 38 aufgeschraubt sind und zwischen
sich druckdicht eine ringförmige, aus nachgiebigen Material bestehende Membran an
ihrer inneren Umrandung halten, während die äußere Umrandung des ringförmigen Membranteils
40 zwischen den Rändern von entsprechend geformten Teilen des Pumpengehäuses 12,
siehe z. B. das Gehäuseteil 21, druckdicht gehalten wird.
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Durch den Druckluftumsteuerblock 22 gelangt Arbeitsluft beispielsweise
längs der Strömungsrichtung des Pfeiles 26 der Fig. 1 in die rechte Luftkammer 20
auf der Rückseite der Membraneinrichtung 40, woraufhin die Membran die Luft nach
außen in die gestrichelt dargestellte Stellung drückt und damit das Fördergut aus
der Pumpenkammer 18 über das obere Kugelventil 28 in den Druckstutzen 34 fördert.
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Gleichzeitig wird die untere Membran auf der linken Seite nach innen
gezogen und neues Produkt aus dem Saugstutzen 32 durch das untere, links dargestellte
Kugelventil 30 in die linke Pumpenkammer 18 gesaugt. Während dieser Zeit ist die
linke Luftkammer über einen Kanal mit einem vorzugsweise in die freie Atmosphäre
mündenden Auslaß verbunden (in Fig.
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1 nicht dargestellt).
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Fig. 2 iyt eine vergrößerte Darstellung des den Druckluftumsteuerblock
22 umfassenden mittleren Teils der Doppelmembranpumpe gemäß Fig. 1 dargestellt,
wobei der Schnitt im wesentlichen durch die Achse des Hauptventilsteuerkolbens 52
gelegt ist, der zur Umsteuerung der Luftkammerverbindungswege dient.
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Der Schnitt ist gleichzeitig durch den Membrankolben 38 gelegt und
die Darstellung zeigt das Gehäuse 42 des Druckluftumsteuerblockes 22 mit einem Einlaß
44 für Druckluft und einem Auslaß 46 ftir Abluft (siehe Fig. 5).
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In Fig. 3 ist in einer Axialschnittansicht, die nochmals vergrößert
ist und die tatsächlichen Verhältnisse z. B.
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in etwa verdoppelten Maßstab wiedergeben könnte, der wesentliche Aufbau
eines Druckluftumsteuerblockes zu erkennen, der entweder mit einem mechanisch arbeitenden
Umsteuerventileinsatz gemäß der eingangs gennanten EU-Patentschrift arbeiten kann,
oder aber mit dem noch näher zu erläuternden erfindungsgemäßen Umsteuerventileinsatz,
der pneumatisch arbeitet.
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Die Fig. 2 und 3, die zur Erläuterung der Umstellbarkeit des in der
EU-Patentschrift beschriebenen Druckluftumsteuerblockes von einem mechanischen Umsteuerventileinsatz
auf einen erfindnungsgemäßen, pneumatisch arbeitenden Umsteuerventileinsatz mit
dem mechanischen Einsatz dient, zeigt ebenfalls die Membran 40, die von Membrantellern
36 mittels einer Schraube 72 am Ende des Membrankolbens 38 befestigt ist. Das Ende
des Membrankolbens 38 trägt außerdem einen Anschlagteller 74, dessen innere Ringfläche
76 mit dem Stirnende 228 einer Umschaltstange 230 in Berührung kommt und diese in
die jeweils andere Stellung verschiebt, sobald der Membrankolben 38 in seine jeweilige
Endlage gelangt.
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Während Fig. 3 eine etwas schematisierte Darstellung des für den erfindungsgemäßen
Umsteuerventileinsatz geeignete Druckluftumsteuerblock 22 wiedergibt, zeigen die
weiteren Fig. 4 bis 9 ein praktisches Ausfhrungsbeispiel für das Gehäuse 42 eines
derartigen Druckluftumsteuerblockes, wobei Fig. 4 eine Seitenansicht auf die Hinterseite
des Gehäuses 42 darstellt, während die Fig. 5 eine zu der Kolbenachse senkrechte
Schnittdarstellung längs der Pfeile V-V wiedergibt, und zwar wiederum durch das
Gehäuse 42 des Blockes 22 ohne eingefügte Einzelteile.
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Die Fig. 6 und 7 zeigen das Gehäuse der Fig. 4 in einer Ansicht von
links bzw. einer Ansicht von rechts, während die Fig. 16, eine Teilschnittansicht
längs der Linie VIII-VIII der Fig. 5 und Fig. 9 eine Schnittansicht längs der Linie
IX-IX der Fig. 7 wiedergibt.
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Aus den Fig. 4 bis 9 ergibt sich, daß der Zylinder 54 des Hauptventilsteuerkolbens
zusammen mit dem Hauptkolben 53 Ringräume 202, 204 und 206 bildet, die zur Überbrückung
von verschiedenen Kanälen dienen, die ihrerseits in Öffnungen enden, die teilweise
in Fig. 3 zu erkennen sind und auch bei dem erfindungsgemäß aufgebauten Umsteuerventileinsatz
vorhanden sind, siehe die Fig. 16, die eine ähnliche Darstellung wie die der Fig.
3 ist, aber den erfindnungsgemäßen Steuerventileinsatz wiedergibt, desweiteren die
Fig. 10, in der der Hauptzylinder 54 des erfindungsgemäßen Steuerventileinsatzes
dargestellt ist.
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Insbesondere steht der Ringraum 204 bei der in Fig. 3 dargestellten
Stellung des Kolbens 152 innerhalb des Zylinders 154 bzw. der in Fig. 10 dargestellten
Stellung des Kolbens 52 innerhalb des Zylinders 54 mit öffnung 208 in Verbindung,
die wiederum über einen Ringraum 212 - vom Zylinder 154 bzw. 54 gebildet - in einem
Kanal 110 münden, der seinerseits in dem Gußgehäuse 42 gebildet wird, siehe Fig.
5, 6 und 7. Dieser Kanal 210 steht wiederum mit einer Bohrung 213 in Verbindung,
siehe Fig. 3, die ihrerseits in nicht näher dargestellter Weise mit der Luftkammer
20 in Verbindung steht, siehe in Fig. 1 die Bohrung 23 im Gehäuseteil 21.
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Der Ringraum 204 steht aber auch mit Bohrungen 218 in Verbindung,
die in Fig. 1o zu erkennen sind und eine Verbindung mit einem vom Zylinder 54 gebildeten
Ringraum 220 herstellen, siehe die Fig. 3 und 16. Dieser vom Zylinder 54 (bzw. 154)
gebildete Ringraum 220 steht über eine verhältnismäßig enge Kanalverbindung 222
mit dem Auslaßraum 64 in Verbindung, von dem aus z. 13. Abluft zum Anschluß 46 gelangt,
siehe Fig. 4 und 5.
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nmit ergibt sich bei der in Fig. 16 bzw. 3 dargestellten Stellung
des Kolbens 52 bzw. 152 innerhalb des Zylinders 54 bzw. 154 eine Luftverbindung
zwischen dem Anschluß 46 (der z. B. ein Auslaß ist) und der einen Luftkammer 20,
während
die entgegengesetzt liegende Luftkammer 20 über die zugehörige Bohrung 213 und den
zugehörigen Kanal 210 mit den in Fig. 16 (bzw. 3) rechts dargestellten Bohrungen
208 und damit mit dem Ringraum 206 in Verbindung stehen.
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Dieser Raum steht aber auch mit oeffnungen 224 in Verbindung, die
durch von der Stirnkante 227 ausgehende Einschnitte gebildet werden, wie die Fig.
10 erkennen läßt und auch in den Fig. 16 bzw. 3 dargestellt ist. Dieser Ringraum
226 steht wiederum in Verbindung mit Kanälen 11, siehe Fig.
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9, die ihrerseits sich in den Raum 216 öffnen, wie die Fig.
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5, 6 und 7 erkennen lassen. Das bedeutet, daß die letzt genannte Luftkammer
20 mit dem Anschluß 44 in Verbindung steht, der beispielsweise der Druckeinlaß ist.
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Die Verhältnisse sind genau umgekehrt, wenn der in Fig.
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16 (bzw. 3) dargestellte Kolben 52 (bzw. 152) Nicht in der dargestellten
Stellung, sondern in der nichtdargeestellten, nach rechts verschobenen Stellung
sich befindet.
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Diese Stellung erreicht er bei der mechanischen Ausführungsform des
Umsteuerventileinsatzes gemäß Fig. 3 dadurch, daß aufgrund der zunächst vorhandenen
Verbindungen zwischen den Luftkammern 20 und der Zuluft bzw. Abluft sich die Membran
40 nach rechts (seriengemäß Fig. 3) bewegt, wobei der links nicht dargestellte Teller
74 schließlich das linke Ende der Umschaltstange 230 erreicht und diese nach rechts
schiebt, woraufhin unter Einwirkung der Druckfeder 238 und gegen die retardierende
Wirkung der auf einer Nockenbahn laufenden Kugel 270 zu einem bestimmten Zeitpunkt
- nach Erreichen eines bestimmten Federdruckes - der Kolben 152 nach rechts geschoben
wird, und dort seine zweite Ruhestellung einnimmt.
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Demgegenüber arbeitet der pneumatische Umsteuerventileinsatz gemäß
Fig. 16 dadurch, daß in der dargestellten Stellung von z. B. der Druckluftquelle
44 Druckluft über den Raum 216, den Verbindungskanal 211 in den Raum 224 gelangt,
von wo aus der Ringraum 208 (in der schematischen Fig. 16 rechts
dargestellt)
erreicht wird, der bei der dargestellten Stellung des Kolbens 52 über die Bohrung
208 mit dem Ringraum 212 dadurch mit dem Kanal 210 in Verbindung steht, der über
Bohrung 213 eine Verbindung der linken Membrankammer 20 herstellt, wie die Fig.
8 deutlich macht.
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Bevor auf die weitere Verfahrensweise näher eingegangen werden kann,
sei aber zunächst der neuartige Steuerventileinsatz anhand der Fig. 10 bis 15 näher
erläutert.
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In Fig. 10 ist der bereits erwähnte Hauptzylinder 54 in einer Axialschnittansicht
(rechts) sowie einer Radialschnitte ansicht (links) zu erkennen, wobei die Anordnung
ähnlich ist wie bei einem mechanisch arbeitenden Umsteuerventileinsatz, wie er in
den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Hier nicht vorhanden sind die Aufnahmeöffnungen
für die bei der mechanischen Version notwendigen Gleitkugeln 270.
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Ähnlich wie bei der Konstruktion gemäß Fig. 3 wird dieser Hauptzylinder
54 in eine durchgehende, im Gehäuse 42 des Druckluftumsteuerblockes 22 angeordneten
Hauptzylinderbohrung 282 (siehe die Fig. 5 bis 9) eingeschoben und durch Anschlußbuchseneinsätzen
232 abdichtend festgehalten. Diese Einsätze sind in Fig. 11 wiederum in einer Axialschnittansicht
(rechts) sowie in einer Radialansicht entlang der Pfeile XI-XI der Fig. 11 (links)
näher dargestellt. Die Einsätze, die die allgemeine Bezugszahl 232 haben, bestehen
vorzugsweise aus einem Kunststoff wie PTFE, welcher Kunststoff eine gewisse Nachgiebigkeit
aufweist und auch gute Gleiteigenschaften besitzt. Wie die Fig. 11 erkennen läßt,
besteht der Abschlußbuchseneinsatz 232 aus einstückig miteinander zusammenhängenden
Ringabschnitten unterschiedlichen Durchmessers. Ein erster Ringabschnitt besitzt
einen äußeren Durchmesser D, der dem inneren Durchmesser des von ihm geführten rohrförmigen
Kolbens 252 derart angepaßt ist, daß sich ein gleitfähiger, dennoch abdichtender
Paßsitz ergibt, siehe auch Fig. 16. Der Abschnitt 76 weist außerdem eine ringförmige
Unterschneidung 78 auf,
so daß sich eine ringfömige Lippe 80 bildet,
die sich federnd gegen die innere Rohrfläche des Kolbens 252 legt, was noch durch
Gasdruck unterstützt werden kann, sofern der Druck innerhalb des Kolbenraumes 252
größer als der außerhalb dieses Kolbenraumes ist, wie es im Betrieb normalerweise
der Fall sein wird. Eine ähnliche Lippe 82 wird zwischen dieser Unterschneidung
78 und einer kreisförmigen Bohrung 84 gebildet, die einen Durchmesser 85 besitzt,
der wiederum an den Außendurchmesser des in Fig. 15 dargestellten Rohres 87 angepaßt
ist, derart, daß sich eine im wesentlichen gasdichte Lagerung des Rohres 87 in dem
AbschluBbuchseneinsatz 232 ergibt, wie es in Fig. 16 zu erkennen ist. Die Lippe
84 trägt zur Erhöhung der "statischen" Abdichtung zwischen den Bauteilen 132 und
87 bei, während die Lippe 80 eine "dynamische" Abdichtung zwischen dem Abschlußbuchseneinsatz
232 und den auf ihm gleitenden Kolben 152 bildet.
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Die Bohrung 84 wird von einem eine Schulter 88 bildenden Ring 9o unterbrochen,
welche Schulter 88 eine axiale Anlagefläche für das Rohr 87 bildet, siehe wiederum
Fig. 16.
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Der Ring 9o springt auf seiner anderen Seite unter Bildung einer Schulter
92 wieder zurück und folgt einer Bohrung 184 mit einem Durchmesser 185, welcher
Durchmesser 185 beispielsweise dem Durchmesser 85 entsprechen kann, wobei die Bohrung
184 eine Gleitführung für das Ende 233 der Umschaltstange 230 bzw. dessen einen
Teil 231 bildet, siehe Fig.
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14.
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Die Bohrung 185 beginnt in einem zweiten Abschnitt 94, der einen etwas
verringerten Durchmesser gegenüber dem Durchmesser 77 des ersten Abschnittes 76
aufweist, so daß er mit der Innenfläche des Kolbens 252 nicht mehr in Berührung
kanmt und daher keine störende Reibfläche bildet und auch die Gefahr des Verkantens
verringert wird. Im Bereich dieses Abschnittes 94 befinden sich Radialbohrungen
96, die hier als zwei sich gegenüberliegende Bohrungen dargestellt sind und einen
Luftkanal bilden, dessen Funktion noch im folgenden näher erläutert wird. Ein dritter
Abschnitt 98 weist einen
Durchmesser auf, der im wesentlichen gleich
dem Innendurchmesser der Bohrung des Hauptzylinders 54 ist, so daß der Abschlußbuchseneinsatz
232 genau passend in das Ende der Bohrung des Hauptzylinders 54 eingesetzt werden
kann, wqe es wiederum in Fig. 16 zu erkennen ist.
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Der Abschluß wird von einem vierten Abschnitt 176 gebildet, der einen
ähnlichen Aufbau wie der Abschnitt 76 aufweist, insbesondere wiederum zwei ringförmige
Lippen 180 bzw. 182 aufweist, wobei insbesondere die Lippe 182 von Bedeutung ist,
da sie eine dynamische Abdichtung zwischen dem Stangenende 233 und dem Abschlußbuchseneinsatz
232 bildet. Die Lippe 182 macht einen Dichtungsring 234 entbehrlich, wie er in Fig.
3 noch dargestellt ist. Dies wiederum vereinfacht und verbilligt die Herstellung
wie auch die Wartung und Reperatur. Es sei nun näher auf den Hauptventilsteuerkolben
52 eingegangen, der aus einem Kolbenrohr 252 besteht, der mittig mehrere, vorzugsweise
zwei sich gegenüberliegende Axialbohrungen 255, aufweist, sowie radial nach außen
vorspringende Wülste 252, die Ringnuten 256 bilden, in die Dichtringe 132 einlegbar
sind, wie es auch bei der in Fig.
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3 dargestellten Konstruktion der Fall ist. Diese Dichtringe 132 können
durchaus herkömmlicher Art sein, beispielsweise könnte es sich um handelsübliche
Mantelringe handeln, die einen inneren U-Ring aus einem Kautschukmaterial und einen
äußeren Laufring aus PTFE (Teflon) umfassen. Gegenüber rein gummielastischen Dichtringen
weisen Mantelringe eine geringere Laufreibung und geringere Losbrechkräfte auch
nach langen Stillstandszeiten auf, außerdem haben sie hohe Verschleißfestigkeit
auch bei völligem Trockenlauf. Das PTFE ist üblicherweise mit pulverförmiger Bronze
gefüllt, so daß sich bezüglich der z. B. gleichfalls aus Bronzelegierung bestehende
Metallteile des Hauptventilzylinders 54 günstige Trockenlaufeigenschaften ergeben.
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Fig. 13 zeigt einen ringförmigen Kunsstoffeinsatz 14c mit einem Außendurchmesser
177, der ein Einschieben dieses Kunststoffeinsatzes
140 in das
Kolbenrohr 252 ermöglicht, wie es in Fig. 16 zu erkennen ist. Der Kunststoffeinsatz
besitzt eine Radialbohrung 142 mit einem Innendurchmesser 85, der eine gleitende
Aufnahme des Rohrs 87 ermöglicht, siehe wiederum Fig. 16. Desweiteren weist der
Kunststoffeinsatz 140 Radialbohrungen 142 auf, deren Anzahl und Abmessungen zweckmäßigerweise
der Anzahl und den Abmessungen der Bohrungen 255 des Kolbenrohrs 252 angepaßt sind,
wobei der Kunststoffeinsatz 140 derart in das Rohr 252 eingeschoben wird, daß die
Radialbohrungen 142 zu den Radialbohrungen 255 ausgerichtet sind.
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In dieser Stellung kann dann der Kunststoffeinsatz 140 beispielsweise
mit einem Metallstift oder einem Kunststoffniet 144 fixiert werden, so daß die beiden
Teile zueinander verschieblich gelagert sind. Die verbleibenden zueinander ausgerichteten
Bohrungen bilden dabei Luftpassagen, deren Funktion im folgenden noch näher erläutert
wird.
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Auch der Kunststoffeinsatz 140 ist mit Dichtlippen ausgestattet, die
hier durch eine Schräghinterschneidung 146 gebildet wird, wie Fig. 13 deutlich erkennen
läßt. Statt der Schräghinterschneidung kann auch eine Hinterschneidung ähnlich wie
in der Fig. 11 angewendet werden, jedoch läßt sich die Schräghinterschneidung in
dem hier vorgesehenen Innenraum konstruktiv besser im Spritzgußverfahren herstellen.
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Der Kunststoffeinsatz ist so ausgebildet, daß er zusammen mit dem
Kolbenrohr 252 auf dem (bezüglich des Gehäuses fixierten) Rohr 87 hin- und hergleiten
kann.
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Wie Fig. 16 erkennen läßt, ist innerhalb des Rohres 87 sowie innerhalb
der dieses Rohr 87 stützenden Abschlußbuchseneinsätze 232 die Umschaltstange 230
in axialer Richtung hin-und herverschieblich gelagert, wobei die Umschaltstange
230 aus Abschnitten unterschiedlichen Durchmessers aufgebaut ist und insbesondere
in ihrer Mitte einen Kolbeneinsatz 100 aufweist, der einen Metallkern 102 mit axial
angesetzten Schraubbolzen 104 umfaßt, um welchen Metallkern 1o2 ein
Mantel
1o6 aus Gummi oder einem ähnlichen nachgiebigen Material mit einer Teflonauflage
1o8 angeordnet ist. Der Durchmesser des Kolbeneinsatzes loo ist an den Innendurchmesser
des Rohrs 87 angepaßt und bildet mit dem Rohr 85 eine Kolbenzylinderanordnung.
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Auf die beiden Schraubbolzen 104 des Kolbeneinsatzes 100 sind die
Umschaltstangenteile 231 aufgeschraubt, die zu diesem Zweck, siehe Fig. 14, eine
entsprechende mit Gewinde versehene Sackbohrung 148 besitzen. Wie die Fig. 14 erkennen
läßt, besteht das Schaltstangenteil 31 aus im wesentlichen drei Abschnitte unterschihdlichen
Durchmessers, einem bereits erwähnten Stangenende 233 mit einem größten Druchmesser
185, der an den entsprechenden Innendurchmesser der Bohrung 184 des Abschlußbuchseneinsatzes
232 angepaßt is. Es folgt ein Abschnitt 15o mit einem Außendurchmesser 91, der dem
entsprechenden Innendurchmesser 190 des Ringes 9o des Abschlußbuchseneinsatzes 232
angepaßt ist, siehe auch Fig. 11.
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Der Abschnitt 15o geht über eine Schrägung 152 in einen weiteren Abschnitt
154 mit nochmals verringerten Druchmesser über, der kleiner als der Innendurchmesser
des Rohrs 87 ist, so daß sich zwischen der Stange 230 und dem Rohr 87 ein Ringraum
11o bildet, der je nach Stellung des abdichtenden Kolbeneinsatzes 700 eine Gasverbindung
zwischen mittig dem Rohr 82 angeordneten Radialdurchbrüchen 112 und links bzw.
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rechts nahe der Enden des Rohrs 87 angeordneten weiteren Radialdurchbrüchen
114 bzw. 116 herstellt.
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Das äußere Ende des Teiles 231 ist mit einer Stirnnut 156 versehen,
um ein Werkzeug, wie Schraubendreher, ansetzen zu können und das Teil 230 auf den
Bolzen 104 aufschrauben zu können.
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Jm dem Mantel 106 eine bessere axiale Abstützung zu geben, kann gemäß
Fig. 14 das Ende des Umschaltstangenteils 231 mit einer Aufwölbung 158 versehen
sein, deren Außendurchmesser jedoch kleiner als der Innendurchmesser des Rohres
87 bleibt.
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Es sei nun die Funktion des erfindungsgemäßen Steuerventileinsatzes
anhand der Fig. 16 bzw. 17 näher erläutert.
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Gemäß Fig. 16 ist der Anschluß 44 der Druckluftanschluß und 46 der
Abluftanschluß. In der dargestellten Position von Umschaltstange 230 und Hauptventilsteuerkolben
52 wird über den Drucklufteinlaß 44 und Gasverbindungen 216 den Kanälen 211 und
damit den Ringräumen 226 Druckluft zugeführt. Diese Druckluft gelangt über die öffnung
224 zum Ringraum 206 und von dort bei der dargestellten Stellung des Hauptventilsteuerkolbens
52 zur Bohrung 208, die in Fig. 16 rechts dargestellt ist. Über diese Bohrung 208
gelangt dann die Druckluft zum Ringraum 212 und von dort in einen Kanal 210, der
über Bohrung 213 mit der bezüglich Fig. 16 links angeordneten Luftkammer 220 in
Verbindung steht. Damit wird auf den linken Membranteller eine nach links gerichtete
Kraft ausgeübt, so daß der Membrankolben 38 nach links wandert.
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Gleichzeitig steht die rechte Luftkammer 20 über Bohrung 213, Kanal
210, Ringraum 212 (in Fig. 16 links dargestellt) mit dem mittleren Ringraum 2o4
des Hauptventilsteuerkolbens 52 in Verbindung, von wo über Bohrung 218, Ringraum
220, Kanalverbindung 222 eine Verbindung mit dem Auslaß 46 besteht.
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Die Kanalverbindung 222 stellt einen gewissen Strömungswiderstand
dar, so daß der Druck in den Ringraum 204 zwar wesentlich kleiner ist als der von
der Druckluftquelle 44 gelieferte und dem Ringraum 206 herschende Druck, aber immerhin
noch über den Außendruck der Atmosphäre liegt. Der im Ringraum 204 herschende Druck
überträgt sich über die Bohrungen 255 bzw. 142 in den Ringraum 147, der durch die
Hinterschneidung in dem Kunststoffeinsatz 140 gebildet wird. Dieser Gasdruck drückt
die Schrägflächen 146 der Hinterschneidung und damit die dadurch gebildete Lippe
149 gegen die Außenfläche des Rohrs 87 und verbessert dadurch die Dichtwirkung zwischen
Rohr 87 und Kunststoffeinsatz 140.
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Ubet die Bohrungen 112 in dem Rohr 87 ist der Ringraum 147 außerdem
mit dem Ringraum 11o und über Bohrung 114 damit
widerum mit dem
Raum 118 verbunden, der auf der linken Seite des Kunststoffeinsatzes 140 und dem
linken Abschlußbuchseneinsatz 232 gebildet ist. Es sei darauf hingewiesen, daß das
Rohr 87 durch den Abschnitt 150 der Umschiltstange 230 geschlossen ist.
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Druckluft gelangt gleichzeitig vom Ringraum 206 über die Bohrung 96
des in Fig. 6 rechts dargestellten Abschlußbuchseneinsatzes 232 in den Ringraum
120, der hier durch die nach rechts verschobene Stellung der Umschaltstange 230
gebildet ist. Dieser Ringraum 120 steht bei der dargestellten Stellung der Umschaltstange
230 außerdem mit dem rechten Ringraum 110 innerhalb des Rohres 87 in Verbindung,
und von dort über die Bohrungen 116 mit dem rechts vom Kunststoffeinsatz 140 befindlichen
Raum 122. Der Druck im Raum 122 ist erheblich größer als der Druck im Raum 118,
so daß eine nach links auf den Kunststoffeinsatz 140 und damit auf den damit verbundenen
Hauptventilsteuerkolben 52 ausgeübt wird, wodurch dieser Hauptventilsteuerkolben
so lange nach links wandert, bis seine Stirnfläche 258 an die Fläche 97 (Fig. 11)
des Abschlußbuchseneinsatzes 232 anschlägt. Diese Stellung ist in Fig. 16 wiedergegeben.
Mit dem Weiterwande 4 des Membrankolbens 38 nach links wird nunmehr das rechts in
Fig. 16 herausragende Ende der Umschaltstange 130 in Eingriff genommen und die Umschaltstange
230 dadurch nach links verschoben (diese Stellung ist nicht dargestellt). Der rechts
liegende Abschnitt 150 der Umschaltstange 230 schließt dadurch die Verbindung zwischen
der Betriebsdruck führenden Bohrung 96 und dem rechten Ringraum 110, gleichzeitig
wird, da der Kolben 100 in dem Rohr 87 nach links verschoben wird, so daß die Bohrung
112 nunmehr mit dem rechten Ringraum 110 in Verbindung steht, der Raum 122 mit dem
Ringraum 147 in Verbindung gebracht, der nur einen relativ geringen Restdruck ^besitzt.
Gleichzeitig ist durch das Hinausschieben des linken Abschnittes 150 der Umschaltstange
230 eine Verbindung entstanden, die die unter Druck stehende Bohrung 96 mit dem
linken Ringraum 110 und damit mit dem Raum 118 verbindet.
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Damit wird der Druck auf der linken Seite des Kunststoffeinsatzes
140 größer als der auf der rechten Seite und der Kunststoffeinsatz 140 mit dem daran
befestigten Hauptventilsteuerkolbens 52 wandert nach rechts, bis die rechte Stirnkante
258 des Hauptventilsteuerkolbens 52 an der Fläche 97 des rechten Abschlußbuchseneinsatzes
232 anschlägt (nicht dargestellt).
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In dieser Stellung bewirkt der Hauptventilsteuerkolben 52 eine Luftverbindung
zwischen der Druckquelle 44 über die Gasverbindung 216, den linken Kanal 211, die
linke öffnung 224, den Ringraum 202, der Bohrung 208, den Ringraum 212, dem Kanal
210, der Bohrung 213 zur rechten Luftkammer 20.
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Damit sind die Verhältnisse genau umgekehrt, wie sie eingangs geschildert
wurden, und der Membrankolben wandert nunmehr nach rechts.
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Während die eine Luftkammer 20 unter Betriebsdruck steht, ist die
jeweils andere Luftkammer mit dem Auslaß verbunden, wie sich anhand der Fig. 16
nachweisen läßt. In der dargestellten Stellung muß die rechte Luftkammer 20 entlüftet
werden, die Entlüftung erfolgt über 213, 210, 212, 208, 204, 218, 220, 222, 46.
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Man kann die Verhältnisse noch verbessern, insbesondere die Dichtwirkung
der verschiedenen dargestellten Dichtungslippen erhöhen, wenn man den Auslaß 46
zum Einlaß und den Einlaß 44 zum Auslaß macht, siehe Fig. 17. Eine derartige Umstellung
ist bei einer mechanischen Konstruktion, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, nicht
möglich. Die Arbeitsweise ist gemäß Fig. 17 die folgende: Druck wird über 222, 220,
218 im Raum 204 ständig (d.h. in jeder Stellung des Hauptventilsteuerkolbens 52)zugeführt
und steht somit auch ständig im Ringraum 147 zur Verfügung. Dadurch ist der Druck
auf die durch die Schräghinterschneidung 146 gebildeten Lippen 49 wesentlich stärker
und damit die Abdichtwirkung besser, zumal bezüglich des geringeren Druck aufweisenden
Raumes
122, der in der Fig. 17 dargestellten Stellung über 110, 120, 96, 206, 226, 211,
216 mit dem nunmehr als Luftauslaß dienenden Anschluß 44 in Verbindung steht. Dadurch,
daß jetzt in der in Fig. 17 dargestellten Stellung hoher Druck im Raum 118 und niedriger
Druck im Raum 122 vorhanden ist, wird der Kunststoffeinsatz 140 und damit der Hauptventilsteuerkolben
52 in die nicht dargestellte rechte Stellung gebracht und dadurch eine Luftverbindung
hergestellt zwischen der Druckquelle 46 und der linken Luftkammer 20. Der Druck
in der linken Kammer wird nunmehr die links dargestellte Lippe 180 gegen das Stangenende
233 der Umschaltstange 230 drücken und dadurch eine noch bessere Abdichtung gegenüber
dem Raum 96 herstellten, der mit dem unter geringen Druck stehenden Auslaß 44 in
Verbindung steht. Auch die Lippe 80 wird infolge des hohen Drucks im Raum 118 im
Vergleich mit dem Raum 96 gegen die Innenfläche des Kolbenrohrs 252 gedrückt und
gleichfalls eine verbesserte Abdichtung dadurch ergeben. Infolge des nunmehr hohen
Druckes in der linken Luftkammer 20 wird der Membrankolben 38 nach links wandern
und am Ende des Hubes wird in bereits beschriebener Weise die Schaltstange 230 durch
den rechten Membranteller nach links gedrückt, wodurch hoher Druck aus dem Raum
147 durch die öffnung 112 in den rechten Ringraum 11o und von dort in den Raum 122
gelangt, wodurch der Kunststoffeinsatz 140 und damie der Hauptventilsteuerkolben
52 nach links in die in Fig. 17 dargestellte Stellung gedrückt wird. Dadurch wird
die Druckquelle 46 nunmehr mit dem rechten Luftraum 20 in Verbindung gebracht und
der linke Luftraum mit dem Auslaß 44, so daß nunmehr eine umgekehrte Bewegung des
Membrankolbens 38 einsetzen wird.
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Es sei noch erwähnt, daß in Fig. 16 ein Metallstift 142 und in Fig.
17 ein Kunststoffniet 142 angewendet wird, um d Kunststoffeinsatz 14o mit dem Hauptventilsteuerkolben
52 zu verbinden.
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Das vorstehend beschriebene pneumatische Ventil ist wegen
seiner
größeren Anzahl von Druckräumen und der notwendigen größeren Flächen nicht ganz
so dicht wie die mechanische Ausführungsform der Fig. 3, ist aber wegen der größeren
Einfachheit bezüglich Herstellung und Wartung in vielen Fällen, insbesondere bei
Hubfrequenzen von beispielsweise 12 Hüben pro Minute und mehr günstiger. Ein Vorteil
gegenüber der mechanischen Version liegt insbesonder darin, daß zum Umschalten des
Umsteuerventils Luft der Druckluftquelle benutzt wird, während bei älteren Konstruktionen,
die gleichfalls mit der Ventil-in-Ventil-Anordnung arbeiten,Luft aus der Membrankammer
herangezogen wird, so daß in letzeren Falle die Membranpumpe aufhört zu arbeiten,
wenn der Kolben in der Mitte hängen bleibt. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion
steht "Umschaltluft" auch dann zur Verfügung, wenn der Kolben genau in der Mitte
steht.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion liegt darin,
daß dann, wenn die Umschaltstange 230 während des Umschaltvorganges genau in der
Mitte steht, was bei langsamer Pumpenarbeitsweise durchaus mehrere Sekunden dauern
kann, der Druck der Druckluftquelle durch das Verschliessen der Bohrungen 112 durch
den Kolben loo, der eine größere Längserstreckung aufweist als es der Durchmesser
der Bohrung 112 ist, ein Flattern des Hauptventilsteuerkolbens 52 nicht auftreten
kann, da nicht die Gefahr besteht, daß kurzzeitig die Druckbeaufschlagung des Raumes
118 und des Raumes 122 wechselt und dadurch ein Hin- und Herschwingen oder Flattern
des Kunststoffeinsatzes 140 und damit des Hauptventilsteuerkolbens 52 verursacht.
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