DE4318198C1 - Membranlehne - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht auf eine Membranlehne für Membranen, die hohen Drücken ausgesetzt sind. Dabei soll eine unbelastete Bewegung von, der Hochdruckwirkung ausgesetzten Bauteilen wie z. B. der Spindel einer Absperrarmatur und eine vollständige Abdichtung gewährleistet sein.

Eine aus der deutschen Patentanmeldung DE-D 7477 XII/47g vom 09.04.1953 bekannte Membranlehne für mittlere Drücke weist mehrere konzentrische untereinander formschlüssig verbundene Ringe auf, die einer Membran als bewegliche Stützmittel dienen und zugleich eine feste Anlage für die Membran in deren druckbelasteter Endstellung bilden. Bei einer Druckentlastung der Membran wird ein als pilzförmiger Bolzen ausgebildeter Membrankolben durch die Kraft einer Rückstellfeder unmittelbar gegen den mittleren Teil der Membran und den innersten Ring gedrückt. Dabei werden mittelbar auch die weiteren äußeren Ringe jeweils vom benachbarten inneren Ring gegen die Membran gepreßt und bewegen die Membran in eine druckentlastete Endstellung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Membranlehne für eine gebräuchliche elastische Membran ohne besondere Armierung für den Einsatz in hydraulischen und pneumatischen Geräten derart weiterzubilden, daß bei hohen Betriebsdrücken eine einwandfreie Funktion gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Membranlehne dadurch gelöst, daß sie einerseits mit einer druckbeaufschlagten Membran und andererseits mit einem treppenförmigen Membrankolben zusammenwirkt.

Die Membranlehne wird so auf die Membranaußenseite, die gegenüber der Druckwirkung auf der Membran liegt, gesetzt, wobei die Membran durch den Druck an die Lehne gepreßt wird.

Damit übernimmt die Membran nur die Funktion der Abdichtung des Raumes zwischen den Lehnenringen. Die Ringe übernehmen die Kräfte, die infolge der Druckwirkung auf die Membran entstanden sind.

In der druckbelasteten Endstellung der Membran sind die Ringe der Lehne untereinander im Eingriff und übernehmen vollständig die entstandene Kraft, während in allen anderen Stellungen durch die Unterdrückung der Ringe durch den treppenförmige Kolben dieser den entsprechenden Teil der Kraft allein übernimmt. Die Konstruktion des treppenförmigen Kolbens ist charakterisiert durch eine Unterdrückung der Ringe - einer nach dem anderen - die es ermöglicht, daß die Membranlinie, von der Zentralsegmentkante bis zum Flansch, den ganzen Hub entlang eine gleiche Länge behalten kann.

Dies schließt die Membranspannung und die Membrandeformation aufgrund einer Größenänderung aus.

Die Lage der Ringe im Arbeitseingriff in einem druckentlasteten Zustand der Membran oder während der Membranmontage und -demontage wird durch Stiftenhalter gesichert. Es bestehen zwei Typen von Membranlehnen. Der erste Typ weist eine Stangenverlängerung durch den treppenförmigen Kolben auf, die sich innerhalb des von der Membran eingeschlossenen Raumes erstreckt und eine Membran mit der Öffnung in der Mitte verlangt. Der zweite Typ hat ein einfaches Zentralsegment, das an der Membran endet und eine volle Membran ohne eine zentrale Öffnung verlangt und auch die Anwendung einer Raummembran ermöglicht, d. h. eine Membran, die an die Form des umfaßten Raumes angepaßt ist.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Anlage beigefügten Zeichnungen weiter verdeutlicht.

Dabei zeigen:

Bild 1 einen Querschnitt der Membranlehne mit einer verlängerten Kolbenstange durch das Zentralsegment,

Bild 2 eine Querschnittszeichnung der Membranlehne mit einem einfachen Zentralsegment und einer Raummembran und einem Gewindeflansch,

Bild 3 eine Querschnittszeichnung der doppelten Membranlehne mit verlängerter Kolbenstange durch den Druckraum,

Bild 4 eine Zeichnung des Einbaus zweier Membranlehnen mit gelöcherter Zwischenwand eines Gehäuses und einem einfachen Zentralsegment mit Voll- und Raummembran,

Bild 5 eine Querschnittszeichnung von serienmäßig verbundenen Membranlehneneinrichtungen im Gehäuse mit Deckel,

Bild 6 eine Querschnittszeichnung von serienmäßig verbundenen Membranlehneneinrichtungen mit profiliertem Körper im Gehäuse mit Deckel.

Die Einfachheit der Konstruktion ist auf dem Bild 1 sichtbar. Die Kolbenstange (1), die auch eine Ventilspindel sein kann, verbindet den treppenförmigen Kolben (2) und das Zentralsegment (3) und preßt über die Mutter (6) die Scheibe (5) auf die Membran (9), womit der Durchgang durch das Zentralsegment (3) abgedichtet wird. Von der anderen Seite ist der äußere Membranrand (9) zwischen dem Flansch (8) und dem Körper (11) der Vorrichtung, an der die Lehne mittels einer Schraube (10) befestigt ist, eingespannt. Die Ringe (4) übernehmen völlig die Hubdruckkraft aufgrund ihrer Form, nachdem sie im Hubgriff mit dem Zentralsegment (3) verbleiben. Wird die Kraft an die Kolbenstange (1) größer als die Hubdruckkraft, drückt der treppenförmige Kolben (2) die Ringe (4) einen nach dem anderen zurück, bis er selbst am Flansch (8) anliegt. Bleibt die Membran (9) ohne Druck, müssen die Ringe (4) gegen Ausfallen gesichert sein. Für diesen einzigen Zweck werden die Stifte (7) eingebaut.

Bild 2 stellt die Anwendung der Raummembran (12) mit dem dazugehörenden Ventil (13), die Ausgestaltung des Zentralsegmentes (15) ohne Verlängerung und die Ausgestaltung eines Gewindflansches (14) dar.

Auf dem Bild 3 ist die Variante der Kolbenstangeführung (1) durch das Zentralsegment (3) bis zur Führungskolbenstange (16) ersichtlich.

Bild 4 stellt die Eigenschaft von über eine Raummembran (12) und eine Normalmembran (17) verbundenen Membranlehne dar. Falls der Unterteil mit der Normalmembran (17) mit Flüssigkeit gefüllt wird, wird der Durchfluß durch eine gelöcherte Wand (18) gedrosselt und die Flüssigkeit unter die Raummembran (12) verdrängt, während die Raummembran (12) unbeeinflußt bleibt.

Bei allen Konstruktionen vom Bild 1 bis zum Bild 4 ist die Abhängigkeit des Kolbenstangenhubes (1) von der Zahl und Abmessungen der Ringe (4) ersichtlich. Die Vergrößerung des Hubes bestimmter Konstruktionen ist nur durch eine serienmäßige Anordnung von Membranlehnen möglich, was auf den Bildern 5 und 6, bei denen die Membranlehne im Gehäuse (21) mit Deckel (20) eingebaut sind und einen Anschluß (23), entweder für ein Ventil oder für ein pneumatisches System aufweisen, dargestellt ist. Die treppenförmigen Kolben (19) wurden konstruktiv geändert - der untere Kolben und der zweiseitige Zwischenkolben (24) wurden wegen der unentbehrlichen Zwischenverbindlichkeit der Einrichtungen (19) gebohrt.

Die Notwendigkeit eines möglichst kleines Zwischenraumes von zwei einander verbundenen Membranlehnen ist konstruktiv durch den profilierten Körper (20) der Vorrichtungen, wie auf dem Bild 6 dargestellt, gelöst.

Claims (7)

1. Membranlehne für Membranen, die mit unter hohen Drücken stehenden hydraulischen oder pneumatischen Medien beaufschlagt sind, wobei die Membranlehne zwischen einem in Umfangsrichtung einer Membran (9) verlaufenden Flansch (8, 14) und einem, an einer Kolbenstange (1) befestigten Zentralsegment (3) angeordnet ist, und der Membran (9) an ihrer, einem Druckraum abgewandten Seite zugeordnet ist und diese berührend abstützt, wobei die Membranlehne aus konzentrisch angeordneten und gegeneinander axial verschieblichen Ringen (4) besteht, die mit einem Membrankolben (2) zusammenwirken, wobei die konzentrisch angeordneten Ringe (4) an ihren der Membran (9) zugewandten stirnseitigen Enden radial nach außen gerichtete und an ihren der Membran (9) abgewandten stirnseitigen Enden radial nach innen gerichtete Flansche aufweisen, wobei jeweils ein nach innen gerichteter Flansch eines radial außenliegenden Ringes den nach außen gerichteten Flansch eines benachbarten innenliegenden Ringes zur Bildung einer formschlüssigen Verbindung übergreift und dadurch eine feste Anlage für die Membran (9) in deren druckbelasteter Endstellung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Membrankolben (2) koaxial an dem Zentralsegment (3) befestigt ist und eine durch ringförmige Absätze gebildete Treppenform aufweist, wobei die radialen ringförmigen Absätze den Ringen (4) der Membranlehne axial gegenüberliegen und nach außen hin von diesen axial zurückversetzt sind, und daß bei einer Einschubbewegung des Membrankolbes (2) gegen die an der druckbelasteten Membran (9) anliegende Membranlehne, die einzelnen ringförmigen Absätze, vom radial inneren beginnend und sich nach außen fortsetzend, die jeweils axial gegenüberliegenden Ringe (4) der Membranlehne entgegen der Druckkraft der Membran einzeln führen.

2. Membranlehne nach Anspruch 1, dadurch gegenzeichnet, daß bei einer druckentlasteten Membran (9) die Ringe (4), durch an diesen angeordneten Stiften (7), gegen Ausfallen gesichert sind.

3. Membranlehne nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rand einer ringförmigen Membran (9) axial an dem Zentralsegment (3), das auf einer die Membran durchdringenden Kolbenstange (1) befestigt ist, anliegt und mittels einer Scheibe (5), die durch eine Mutter (6) an der Kolbenstange (1) gehaltert ist, an das Zentralsegment (3) angepreßt wird.

4. Verwendung der Membranlehne nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 in einer Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zwei axial gegenüberliegende Membranlehnen aufweist, deren Membranen einander zugewandt sind, wobei die Membranlehnen durch eine die Membranen (9) und die Zentralsegmente (3) durchdringende verlängerte Kolbenstange (1) verbunden sind und dadurch die Bewegung der Membranlehnen gekoppelt ist.

5. Membranlehne nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am stirnseitigen Ende einer Kolbenstange (1) ein Zentralsegment (15) mit einer der Membran zugewandten flachen Stirnseite angebracht ist und die Membran entweder eine flache Membran (17) ohne zentrale Öffnung oder eine geschlossene Raummembran (12) ist.

6. Verwendung der Membranlehne nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 und 5 in einer Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Gehäuse mit zwei axial gegenüberliegenden Membranlehnen aufweist, wobei eine Membranlehne mit einer geschlossenen Raummembran (12) zusammenwirkt und die gegenüberliegende Membranlehne mit einer flachen Membran (17) zusammenwirkt und der Raum zwischen den beiden Membranen (12, 17) durch eine mit Durchgangsbohrungen versehene Trennwand (18) abgeteilt ist, wobei der Raum zwischen Trennwand (18) und flacher Membran (17) mit einer Flüssigkeit gefühlt ist, die beim Durchströmen der Durchgangsbohrungen eine Dämpfungskraft erzeugt.

7. Verwendung der Membranlehne nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Membranlehnen mit jeweils zusammenwirkenden Membranen zur Vergrößerung des Gesamthubes einer Vorrichtung axial in Reihe geschaltet sind.