DE3616828A1

DE3616828A1 - Einrichtung zum einstellen der kraftwirklinie einer schraubenfoermigen feder

Info

Publication number: DE3616828A1
Application number: DE19863616828
Authority: DE
Inventors: Eduard Mueller; Manfred Lamade
Original assignee: Graubremse GmbH
Current assignee: Grau GmbH
Priority date: 1986-05-17
Filing date: 1986-05-17
Publication date: 1987-11-19

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Einstellen der Kraftwirklinie einer Feder gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei Geräten, die zur Bestimmung einer Steuer- bzw. Regelgröße eine Feder aufweisen, wie es z. B. bei Druckreglern der Fall ist, ist es erforderlich, nicht nur die Federvorspannung genau einstellen zu können, sondern auch die Schaltspanne des Druckreglers, also die Differenz zwischen Ein- und Abschaltdruck, bei einer Geräteserie auf einen konstanten Wert einstellen zu können.

Die Einstellung der Federvorspannung erfolgt bei einem aus der DE-C-12 48 987 bekannten Druckregler mittels eines Gewindestifts, welcher in einem mit Gewinde versehenen Führungselement im Reglergehäuse gehalten wird und auf einen auf dem einen Ende einer Regelfeder aufliegenden Federteller einwirkt. Die Regelfeder liegt mit ihrem anderen Ende auf einem im Reglergehäuse angeordneten Membrankolben auf, welcher eine Druckmittelkammer begrenzt. Über einen mit dem Membrankolben verbundenen Stößel wird in Abhängigkeit von der Membranbewegung ein den Druck steuerndes Ventil betätigt. Der sich in der Druckmittelkammer aufbauende Druck verschiebt die Kolbenmembran gegen die Kraft der Regelfeder, wodurch bei Erreichen der von der Regelfeder bestimmten Druckhöhe das mit dem Membrankolben über den Stößel in Wirkverbindung stehende Ventil derart betätigt wird, daß die Druckmittelzufuhr zum Verbraucher unterbrochen wird. Fällt der Druck im Verbraucher und somit auch in der Druckmittelkammer des Druckreglers ab, so daß die Kraft der Regelfeder die vom Druckmittel auf den Membrankolben ausgeübte Kraft überwiegt, so wird das Ventil wieder in eine Stellung gebracht, in welcher der Druckmittelerzeuger mit dem Druckmittelverbraucher verbunden ist.

Bedingt durch Fertigungstoleranzen bei Federn, Federtellern und gehäuseartigen Führungselementen können die Kraftwirklinien der Federn der Geräte einer Geräteserie unterschiedlich zueinander sein, so daß die Geräte eine unterschiedliche Steuer- bzw. Regelcharakteristik aufweisen können und sogar unzulässige Regelcharakteristiken am Druckregler auftreten können. Die unterschiedliche Kraftwirklinie der einzelnen Federn kann ihre Ursache insbesondere darin haben, daß die Federenden nicht genau senkrecht zu der Längsachse der Feder verlaufen und/oder daß der durch die Federwindungen aufgespannte Zylinder schief zu dem Ende der Feder verläuft.

Um z. B. bei einem Druckregler eine Einrichtung zu schaffen, mittels welcher auf einfache Art und Weise die Kraftwirklinie einer Feder verstellbar ist, ist es aus der EU-PS 72 398 bekannt, das an dem Federteller anliegende Ende des Anschlags und die Lagerung des Anschlags in dem Gehäuse so auszubilden, daß bei einer relativ zum Gehäuse erfolgenden Drehung und/oder Bewegung des Anschlags der Anlagepunkt des Federtellers am Anschlag oder die Lage des Federtellers veränderbar ist. Dabei ist das dem Anschlag abgewandte Ende der Feder so gelagert, daß bei einer Drehung des Anschlags und/oder der Bewegung des Anschlags eine Verschwenkbewegung der Längsachse der Feder erfolgt. Das Ende des Anschlags, gegen den der Federteller anliegt, liegt somit außerhalb der Längsachse des Gehäuses, also exzentrisch, und wirkt beim Einstellen der Federvorspannung entsprechend schief, also außerhalb der Längsachse des Geräts auf die Feder ein, so daß also bereits beim Einstellen der Vorspannung eine Veränderung der Kraftwirklinie der schraubenförmigen Feder erfolgt. Diese zwangsweise Veränderung der Kraftwirklinie beim Einstellen der Federvorspannung kann in die falsche Richtung erfolgen, so daß die zusätzliche Verstellung eines Einstellelements erforderlich wird, um dies zu kompensieren. Bei diesem zweiten Einstellvorgang, der zum Einstellen der Schaltspanne eines Druckreglers benutzt werden kann, wird das Ende des Anschlags bei der bekannten Ausführung auf der Kreisbahn um die Längsachse des Geräts verdreht, wobei der Radius zwischen Längsachse und Anschlag konstant bleibt. Die Kraftwirklinie wird dabei gleichsam in sich verbunden. Dabei kann sich auch in nachteiliger Weise beim Einstellen der Schaltspanne ungewollt die Einstellung der Vorspannung ändern. Bei einer besonderen Ausführungsform der Einrichtung besitzt das Einstellelement eine exzentrisch angebrachte Bohrung, in der der als Anschlag wirkende Stift drehbar angeordnet ist und dessen am Federteller anliegendes Ende zusätzlich exzentrisch ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform ändert sich beim Einstellen der Schaltspanne der Radius zwischen der Längsachse des Gehäuses und dem Anschlag zur Auflagerung des Federtellers. Trotzdem wird auch hier bei der Einstellung die Kraftwirklinie der schraubenförmigen Feder verwunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher auf einfache Art und Weise die Kraftwirklinie einer Feder so einstellbar ist, daß das dem Federteller abgewandte Ende der Feder und die an der Feder dort anliegenden Teile der Einrichtung relativ zu der Längsachse des Gehäuses in ihrer Neigung verändert werden.

Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst.

Die Kraftwirklinie der Feder wird nicht verwunden, sondern durch die Kippung des Federtellers gleichsam verbogen, so daß damit die Neigung des dem Federteller abgekehrten Endes der Feder relativ zur Längsachse des Gehäuses verändert bzw. eingestellt werden kann. Wenn die Lagerung des dem Federteller abgewandten Endes der Feder sowie der anliegenden Teile der Einrichtung, beispielsweise der Drucksteuerglieder, so getroffen ist, daß sich diese Neigungsverstellung auch auf diese Teile auswirken kann, so kann die Neigungsverstellung dazu benutzt werden, um die Steuer- und Regelcharakteristik der Einrichtung in der gewünschten Weise einzustellen und damit zu verbessern. Insbesondere kann die Schaltspanne eines Druckreglers damit eingestellt werden, beispielsweise verkleinert werden und/oder bei einer Geräteserie auf einen konstanten Wert eingestellt werden. Es ist auch möglich, daß sich durch die Einstellung der Neigung ein erleichtertes Öffnen eines Einlaßventils ergibt. Dies zieht z. B. bei einem Druckregler den unerwarteten Vorteil nach sich, daß der Abschaltvorgang zeitlich gedehnter verläuft und somit das Geräusch beim Abschaltvorgang gemindert wird. Bei der Einstellung der Schaltspanne wird im übrigen die Vorspannung der Feder nicht mitverstellt, also nicht beeinträchtigt.

Anhand der Zeichnung wird ein bevorzugtes Ausführungsbei spiel der Erfindung nachstehend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Druckregler nach dem Einstellen der Federvorspannung, also des Abschaltdrucks,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Druckregler gemäß Fig. 1 nach dem Einstellen der Schaltspanne in drucklosem Zustand,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Druckregler der Fig. 1 und 2 im Moment des Abschaltvorgangs und

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Verhältnisse am Einlaßsitz des Druckreglers.

Der in Fig. 1 nur teilweise dargestellte Druckregler weist ein Gehäuse (1) auf, dem als weiteres Gehäuseteil ein Deckel (2) zugeordnet ist. Zwischen Gehäuse (1) und Deckel (2) ist ein Membrankolben (3) eingespannt, dessen Membran (4) auf beiden Seiten von je einem Scheibenkörper (5 und 6) abgedeckt und teilweise geführt ist. Der Scheibenkörper (6) setzt sich in drucklosem Zustand und auch in der Leerlaufphase des Druckreglers auf einem Rand (7) des Gehäuses (1) auf, so daß ein von dem Membrankolben (3) gesteuerter Spindelkörper (8) mit seiner Achse (9) fluchtend oder zumindest parallel zu der Längsachse (10) des Gehäuses (1) und des Deckels (2) angeordnet ist. Auf dem Spindelkörper (8) ist ein Doppelventilkörper (11) gleitend und dichtend geführt, der mit einem eingezogenen Rand (12) im Gehäuse (1) ein Einlaßventil (11, 12) und mit einem verdickten Fortsatz (13) ein Auslaßventil (11, 13) bildet. Der Spindelkörper (8) ist oberhalb des Fortsatzes (13) zum Zwecke der Entlüftung hohl ausgebildet und führt durch die Membran (4) hindurch in einen Federraum (14), in welchem die Feder (15) angeordnet ist. Die Feder (15) als Regelfeder ist mit ihrem einen Ende am Membrankolben (3) bzw. auf dem Scheibenkörper (5) aufgelagert. An ihrem anderen Ende ist sie an einem Federteller (16) abgestützt, der an einem stiftförmigen Anschlag (17) einer Einstellschraube (18) anliegt. Die Achse der Einstellschraube (18) und damit der Anschlag (17) sind in der Längsachse (10) des Gehäuses (1) angeordnet. Durch Verdrehen der Einstellschraube (18) wird die Vorspannung der Feder (15) eingestellt. Über eine Kontermutter (19) kann die Lage der Einstellschraube (18) festgestellt werden, also die eingestellte Vorspannung fixiert werden. Über eine von außen zugängliche Schraube (20), die in den Federraum (14) im Bereich des Federtellers (16) so einragt, daß sie mit ihrer in das Innere einragenden Spitze an dem Federteller (16) zur Anlage kommen kann, kann die Neigung des Federtellers (16) verstellt werden, wie dies an Fig. 2 gezeigt ist. Der Federteller (16) kippt dabei gleichsam um den Anschlag (17) und die Kraftwirklinie der Feder (15) wird durch den gekippten Federteller (16) verbogen bzw. verändert, was sich nicht nur auf den Teil der Feder (15) auswirkt, der unmittelbar an dem Federteller (16) anliegt, sondern auch auf das andere Ende der Feder (15), welches an dem Scheibenkörper (5) angeordnet ist. Die von der Feder (15) auf den Scheibenkörper (5) und damit den Membrankolben (3) abgegebene Kraft wirkt nicht mehr konzentrisch, also in der Längsachse (10) des Gehäuses (1) ein, sondern die Kraftwirklinie ist exzentrisch zu der Längsachse (10) verschoben. Das Ausmaß der Verschiebung kann durch Verdrehen der Schraube (20) verändert werden. Auf diese Art und Weise wird die Schaltspanne des Druckreglers eingestellt. Der Membrankolben (3) weist in drucklosem Zustand gemäß Fig. 2 jedoch noch keine Schräglage zu der Längsachse (10) des Gehäuses (1) auf, weil er durch die Anlage des Scheibenkörpers (5) am Rand (7) des Gehäuses ausgerichtet gehalten ist. Erst wenn gemäß Fig. 3, in welcher die Lastlaufphase des Druckreglers, also das Auffüllen des Druckbehälters, dargestellt ist, durchlaufen wird, hebt der Membrankolben (3) nach oben ab, so daß der Scheibenkörper (6) den Rand (7) des Gehäuses verläßt. In diesem Moment wirkt sich die exzentrisch oder ungleichmäßig über den Umfang einwirkende Kraft der Feder (15) auf den Scheibenkörper (5) und damit den Membrankolben (3) so aus, daß sich die Achse (21) des Spindelkörpers (8) schräg zur Längsachse (10) des Gehäuses (1) einstellt. Diese Schräglage muß möglich sein und wird durch die Einspannung des Membrankolbens (3) und die geometrische Gestaltung des Durchmessers des Fortsatzes (13) innerhalb der Durchbrechung des Randes (12) erreicht. Mit anderen Worten muß der Spindelkörper (8) ein ausreichendes Spiel haben. Die Schräglage bzw. gekippte Stellung des Membrankolbens (3) teilt sich über eine Ventilkörperfeder (22) und über den Spindelkörper (8) auch dem geführten Doppelventilkörper (11) in entsprechendem Maße mit, so daß sich dabei eine über den Umfang des Einlaßventils (11, 12) unterschiedliche Anpreßkraft in geschlossenem Zustand ergibt. Beim weiteren Auffüllen des Druckluftbehälters, der mit dem Steuerraum (23) unter dem Membrankolben (3) in Verbindung steht, wird das Einlaßventil an einer Stelle des Umfangs zuerst öffnen, also gleichsam um die um 180° gegenüberliegende Stelle am Rand (12) des Gehäuses gekippt werden, wie dies in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Hierdurch ergibt sich ein leichteres Öffnen des Einlaßventils (11, 12) im Moment des Erreichens des Abschaltdrucks. Das Einlaßventil (11, 12) wird gleichsam verzögert mit sich vergrößerndem Querschnitt geöffnet, so daß auch das Abschaltgeräusch des Druckreglers überraschenderweise vermindert wird.

Die Funktion der Einrichtung an dem Druckregler ist Folgende:
Gemäß Fig. 1 wird die Vorspannung der Feder (15) durch Verdrehen der Einstellschraube (8) eingestellt, ohne daß die Schraube (20) an dem Federteller (16) zur Anlage kommt. Durch diese Einstellung wird der Abschaltdruck des Druckreglers eingestellt, zu dem in Abhängigkeit von den übrigen Voraussetzungen ein entsprechender Einschaltdruck des Druckreglers gehört. Der Unterschied zwischen Abschaltdruck und Einschaltdruck wird als Schaltspanne bezeichnet. Zur Einstellung dieser Schaltspanne wird die Schraube (20) so in den Deckel (2) eingeschraubt, daß ihre Spitze an dem Federteller (16) zur Anlage kommt und diesen mehr oder weniger um den Anschlag (17) der unverändert belassenen Einstellschraube (18) kippt oder verschwenkt, so daß sich eine Relativlage der Teile gemäß Fig. 2 in drucklosem Zustand ergibt. Es versteht sich, daß die Einstellung der Federvorspannung gemäß Fig. 1 wie auch die Einstellung der Schraube (20) hinsichtlich der Schaltspanne dann vorgenommen werden, wenn der Druckregler ordnungsgemäß an einen Kompressor und eine nachgeschaltete, zu befüllende Anlage angeschlossen ist.

Wenn in der Lastlaufphase gemäß Fig. 3 der Druck im Steuerraum (23) ansteigt, bewegt sich der Spindelkörper (8) an dem Membrankolben (3) nach oben und das Auslaßventil (11, 13) wird geschlossen. Dabei ergibt sich die Schräglage des Spindelkörpers (8), indem seine Achse (21) von der Längsachse (10) des Gehäuses abweicht und nachfolgend wird bei weiterer Druckerhöhung der Einsatz (11, 13) so öffnen, wie dies Fig. 4 zeigt. Es versteht sich, daß nach dem Öffnen des Einlaßventils (11, 12) auch der Fortsatz (13) von Druckluft beaufschlagt wird, so daß das Einlaßventil (11, 12) durch diese sprunghaft vermehrte Kraft auf den Membrankolben (3) ganz geöffnet wird, so daß der Druckregler in bekannter Weise abschaltet bzw. die Leerlaufphase einschaltet. Entsprechendes gilt für ein Absinken des Drucks im Steuerraum (23) bei entsprechendem Druckluftverbrauch.

Bezugszeichenliste: 1 = Gehäuse
2 = Deckel
3 = Membrankolben
4 = Membran
5 = Scheibenkörper
6 = Scheibenkörper
7 = Rand
8 = Spindelkörper
9 = Achse
10 = Längsachse
11 = Doppelventilkörper
12 = Rand
13 = Fortsatz
14 = Federraum
15 = Feder
16 = Federteller
17 = Anschlag
18 = Einstellschraube
19 = Kontermutter
20 = Schraube
21 = Achse
22 = Ventilkörperfeder
23 = Steuerraum

Claims

1. Einrichtung zum Einstellen der Kraftwirklinie einer schraubenförmigen Feder, insbesondere in einem Druckregler, mit folgenden Merkmalen:

a) zur Abstützung eines der Enden der Feder ist ein Federteller vorgesehen;
b) zwischen dem Federteller und einem die Feder aufnehmenden Gehäuse ist ein stiftförmiger Anschlag für den Federteller vorgesehen;
c) der Anschlag ist in der Längsachse des Gehäuses und axialverschieblich in dieser im Gehäuse gelagert;

dadurch gekennzeichnet, daß der an dem Anschlag (17) anliegende Federteller (16) und die Lagerung des Federtellers im Gehäuse (1) so ausgebildet sind, daß bei einer relativ zum Gehäuse erfolgenden Kippung des Federtellers die Neigung des Federtellers zur Längsachse (10) des Gehäuses (1) veränderbar ist, und daß das dem Federteller abgewandte Ende der Feder (15) so gelagert ist, daß bei einer Kippung des Federtellers (16) eine Verbiegebewegung der Achse (21) der Feder (15) relativ zur Längsachse (10) des Gehäuses (1, 2) erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kippung des Federtellers (16) eine am Gehäuse (2) außerhalb der Längsachse (10) des Gehäuses angeordnete Schraube (20) vorgesehen, bei deren Verdrehung eine Anlage des in das Gehäuse reichenden Endes der Schraube (20) an dem Federteller (16) erfolgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube (20) koaxial zur Längsachse (10) des Gehäuses (1, 2) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das an dem Federteller (16) anliegende Ende der Schraube (20) zugespitzt ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube (20) zum Zwecke der Entlüftung hohl ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der als Anschlag (17) dienende Stift zwecks Veränderung der Vorspannung der Feder (15) in axialer Richtung verstellbar ist.

7. Einrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die als zweites Auflager für den Federteller (16) dienende Schraube (20) zur Veränderung der Schaltspanne in axialer Richtung verstellbar ist.

8. Druckregler mit einer Einrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) in einem Gehäuse mit wenigstens einem Druckmittel eingang und einem Druckmittelausgang ist eine Druckmittelkammer vorgesehen, die von einer als Kolben dienenden Membran (4) begrenzt wird;
b) die Membran (4) ist mit einem Spindelkörper (8) zur Betätigung von Drucksteuergliedern verbunden;
c) auf der der Druckmittelkammer abgewandten Seite der Membran (4) liegt die Feder (15) auf;
d) auf dem der Membran (4) abgewandten Ende der Feder (15) liegt der Federteller (16) auf;
e) die Drucksteuerglieder sind mit einem eine Neigung ihrer Achse (21) zur Längsachse (10) des Gehäuses (1, 2) gestattenden Spiel im Gehäuse gelagert und geführt.