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Vorrichtung zur Betätigung eines Ventils oder eines Schalters mit
Steuerung durch einen Druckunterschieden ausgesetzten Federbalg Die Erfindung betrifft
eine Ventil- oder Schaltvorrichtung, deren Antriebsglied ein! Federbalg aus gewelltem
Metall ist, der sich infolge wechselnder Druckunterschiede zwischen seinem Innenraum
und, der Umgebung verlängert oder verkürzt.
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Bei Verwendung einer solchen.Vorrichtung in einer Einrichtung, wo
sie Schwingungen ausgesetzt ist, lvie z. B. auf einem Flugzeug, .hat es sich herausgestellt,
daß die Lebensdauer derselbendeshal'b verkürzt wird, weil die Schwingungen im Balg
harmonische Schwingungen verursachen, die das. Metall, der Wände bis zum Bruch beanspruchen,.
und dann ,die Vorrichtung versagt. Solche Schwintgungen sind besonders dann schädlich,
wenn deren Frequenz der natürlichen Schwingungszahl des Balges oder einer harmonischen
derselben entspricht. Nimmt man z. B. an, daß der Balg mit einem Ende an einem Schwingungen
ausgesetzten Teil befestigt, während das andere Ende verhältnismäßig frei ist, so
kann erstens die Schwingung aus einer einfachen abwechselnden Verlängerung und Verkürzung
des Balges bestehen, an der die einzelnen Wellungen .in gleicher Weise teilnehmen.
Die Sc hwinigung kann zweitens aber auch aus einer Schwingungsbewegung des
freien Balgendes um den Befestigungspunkt dieses Endes als Drehpunkt bestehen. Eine
dritte Schwingungsart, die selbst dann entstehen kann, wenn die beiden Enden des
Balges befestigt sind, besteht in Druck- und Zugwellen; die in der Längsrichtung
des Balges
wandern, so däß@ die einzelner, Wellungen in einem gegebenen
beriebiggen Augenblick ungleichmäßig beansprucht werden. Es .können natürlich auch
zwei dieser Schwingungsarten oder alle und auch andere oben nichtbeschriebene Schwingungsarten
gleichzeitig in: einem und demselben Balg. vorhanden sein.
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Ein Balg dieser Art besteht gewöhnlich aus einer zylindrischen nachgiebigen
und .gewellten Wand, einem verhältnismäßig fest angeordneten Sockel und einem verhältnismäßig
freien Ende, das mit dem gesteuerten Teil verbunden,ist, der ein Ventil, ein elektrischer
Schalter oder irgendeine durch die Balgbewegung steuerbare Vorrichtung sein kann.
Die nachgiebige Wand kann auf Zug oder Druck beansprucht oder auch kreisbogenförmig
gebogen werden, ohne daß deren Beanspruchung einen übermäßigen Wert erreicht. Aber
wenn das freie Ende quer zur Achse des Balgs bewegt und gleichzeitig zur Sockelebene
parallelgehalten wird, wie dieses entweder infolge einer fehlerhaften Herstellung
oder Verbindung der einzelnen Teile oder auch. infolge einer Verschiebung derselben
beim Gebrauch vorkommen kann, so werden die einzelnen Wellungen übermäßig beansprucht,
so daß der Balg .nicht richtig arbeitet, Die Erfindung verfolgt nun den Zweck, die
Schwingungen und übermäßigen Beanspruchungen bei derartigen empfindlichen Bälgen
zu beseitigen oder abzuschwächen.
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Es -ist bereits bekannt, dämpfende Mittel in Verbindung mit Federbälgen
zu verwenden, die als federnde Abstützung schwingender oder gegen Schwingungen ihrer
Unterlage zu schützender Teile dienen sollen (siehe die amerikanischen Patentschriften
z 217 507 und 2 o32 659 sowie die deutsche Patentschrift. 64q. q.69). Die
Bedingungen der Federung und der Dämpfung bei solchen Einrichtungen sind Jedoch
anders als beim Erfindungsgegenstand. Die Dämpfung ist bei diesen Einrichtungen
der Hauptzweck und dient nicht dazu, zerstörende Wirkungen von den Federbälgen abzu-#halten,
da die Federbälge selbst mit Rücksicht auf ihre Tragwirkung .so kräftig ausgeführt
werden können und müssen, daß Schwingungen ihnen nichts schaden .können. Nach der
Erfindung werden hochempfindliche, zur Ventilbetätigung der Schaltung -dienende
Federbälge gegen: Schwingungen .geschützt; .die mit der Betriebsaufgabe dieser bekannten
Federbälge nichts zu tun -haben.
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Die Dämpfungsmittel, z. B. eine Flüssigkeit im Innern. des Balges
oder ein Luftverd'rängun:gskolben, der sich bei den Schwingungen bewegt, oder eine
künstlich erhöhte Reibung, die sich den Schwingungen widersetzt, sind in der Technik
allgemein bekannt. Erfindungsgemäß wird der beabsichtigte Zweck dadurch erreicht,
- daß die bewegliehe Abschlüßplatte des Federbalges mit einem Ansatz versehen ist,
der an zwei Punkten gelagert und dadurch axial verschieblich geführt ist. Die Lagerungen
bestehen vorzugsweise aus zylindrischen, geführten Kugelflächen, die eine Außer-,rnittigkeit
der Zylinderachsen im Verhältnis zur Achse des Federbalges zulassen, ohne daß Klemmangen
entstehen. In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Es zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung nach der
Erfindung, Fig. 2, 3 und q. ähnliche Ansichten anderer Ausführungsformen der Erfindung,
Fig. 5 einen lotrechten Schnitt durch eine zur Steuerung eines Brennstoffventils
für einen Vergaser bestimmte Vorrichtung nach der Erfindung, Fig. 6 einen Schnitt
durch die Steuervorrichtung der Fig. 5 in größerem Maßstab.
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Die in der Fig. i dargestellte Vorrichtung besteht aus einem nachgiebigen
Metallbalg io bekannter Art, der mit seinem unteren Teil an einem fest gelagerten
Teil 12 befestigt ist, der das Ende des Balges dicht abschließt. Das andere Ende
des Balges ist gegenüber dem festgehaltenen Ende beweglich angeordnet und wird durch
eine Platte 1q. geschlossen, die mit einem. zylindrischen Teil 16 versehen ist.
Dieser Teil: 16 dringt in das Innere des Balges ein und ist an seinem Ende mit einem
Zäpfen 18 versehen, der ein kugelförmiges, in einem Zylinder 2o verschiebbar gelagertes
Ende besitzt. Die gesteuerte Vorrichtung ist hier ein Nadelventil 22, das mit einem
festen Ventilteil 2¢ zusammenarbeitet, um den Durchflußquerschnitt .eines Druckmittels
durch eine in diesem Ventilteil vorgesehene Öffnung zu steuern, Die Ventilnadel
22 ist in einer festen Führungsmuffe 26 verschiebbar angeordnet, die mit einem kugelähnlichen
Ansatz 28 versehen ist, der in dem Innern des zylindrischen Teiles 16 verschiebbar
ist. Das obere Ende des Ventilteiles 22 ist abgerundet und stützt sich gegen den
inneren Stirnrand des Teiles 16. Eine Druckfeder 30 sucht den Ventilteil 2.2 von
seinem Sitz abzuheben. Das Innere des Balges io ist zum Teil mit Öl 32 von etwa
gleichbleibender Viskosität gefüllt., wobei ein leerer Raum über der Öloberfläche
frei gelassen wird, um das Arbeiten des Balges zu ermöglichen.
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Es wird angenommen, daß die Teile 2o, 18, 16, 28, 22 und 2¢ an sich
gleichachsig ausgeführt worden sind und gleichachsig bleiben sollen, daß aber Fehler
in der Herstellung der Verbindung oder auch durch Beanspruchungen während der Arbeit
die in der Fig. i vergrößert gezeigte Verschiebung hervorgerufen haben. Durch die
Konstruktion wird eine solche Verschiebung ermöglicht, äbne den Balg übermäßig zu
beanspruchen, desgleichen werden Schwingungen von den obengenannten Arten verhindert
bzw. abgeschwächt. Die Schwingungen der zweiten Art werden durch die Berührung des
Teiles 16 mit dem Ansatz 28 verhindert, während .die Schwingungen der ersten und
dritten Art durch :die Ölmasse 32 abgeschwächt werden, die rascher Verformung der
Wellungen entgegenwirkt, wie solche .durch die Schwingungen der beiden letztgenannten
Arten hervorgerufen werden.
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Die Vorrichtung -nach der Fig. 2 entspricht im allgemeinen der oben
beschriebenen mit Ausnahme der folgenden Abweichungen. Am- Sockel 12 ist ein
nach
unten gerichteter zylindrischer Teil 34 befestigt, dessen unteres Ende 36 verbreitert
ist, um einen ringförmigen Tauchkolben zu bilden, der mit der zwischen dem Teil.
16 und den Wänden des Balges io liegenden Ölmasse 32 zusammenwirkt, um einen der
raschen Zusammenziehungs- und Ausdehnungsbewegungen des Balges entgegenwirkenden.
Dämpfer zu bilden. Bei dieser Ausführungsform ist nur gerade so viel Öl vorgesehen,
als zur Bildung des. Dämpfers nötig ist, während der übrigbleibende Innenraum des
Balges luftleer gemacht wird. Der Teil 34 ist in der Nähe seines oberen Teiles mit
Öffnungen, 38 versehen, die dien Zweck haben, die innerhalb -und außerhalb des Teiles
34 herrschenden Drücke auszugleichen. Um die Schwingungen in den Wehlungen des Balges
io noch weiter zu :dämpfen, ist eine Gummireibungsmuffe 4o außerhalb des Balges,
die sich beim Ausschwingen des. Balges an dessen äußeren Falten reibt. Diese Anordnung
kann nach Belieben vorgesehen sein oder auch weggelassen werden, desglechen läßt
sie sich ebensogut auch bei den anderen Ausführungsformen anwenden.
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Bei der Vorrichtung nach Fig. 3 ist der gesteuerte Teil 22 in einer
Muffe 42 verschiebbar angeordnet, die mit einer am Sockelteil 46 befestigten Schale
44 aus einem Stück besteht. Ein nach unten gerichteter zylindrischer Teil 48 ist
am Sockel 46 befestigt, und dessen oberer Teil ist in der Weise. erweitert, daß
er mit der Platte 5o einen Luftraum 52 bildet. Das untere Ende des Balges ist durch
eine Platte 54 geschlossen, an der ein Tauchkolben 55 befestigt ist, der aus einer
unteren, im Teil 48 verschiebbaren Scheibe 56 und einer oberen Scheibe 58 besteht,
die mit einem losen, aufsitzenden, ringförmigen Teil 6o in verschiebbarer Berührung
steht, der durch eine Feder 64 mit der Schulter 62 des Teiles 48 im Reibungseingriff
gehalten wird. Es ist nun leicht ersichtlich, .daß die Scheibe 58 mit dem Raum 52
einen Luftdämpfer bildet, der die Schwingungen in der Längsrichtung des Balges zu
dämpfen sucht, und daß eine Verschiebung zwischen dem Balg und dem Tauchkolben 55
durch ein Verschwenken des genannten Tauchkolbens um die Scheibe 56 unschädlich:
gemacht wird, wobei sich .der Teil 6o seitlich verschiebt, um diese Bewegung zu
ermöglichen. Der Tauchkolben 55 steht mit dem erweiterten Kopf des Teiles 22 in
gleitender Berührung, um eine Verschiebung zwischen diesen beiden Teilen zu ermöglichen.
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Die Fig.4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung in ihrer
Anwendung am Vergaser eines Verbrennungsmotors. Der feste Teil 12 wird von einem
Gehäuse 13 getragen., das: selbst auf einem am Vergaserkörper starr befestigten
Teil 15
ruht, wobei in diesem Teil 15 und- in dem Gehäuse 13 Bohrungen 17
vorgesehen sind, um eine Luftströmung um den Balg herum zu ermöglichen. Das obere
Ende des Gehäuses 13 ist von einer Haube 21 umgeben, .die durch ein Rohr 23 mit
dem Lufteinlaß verbunden ist.
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Der Zylinder 16 liegt dicht neben dem inneren Teil der Wellungen des
Balges, um den Durchfiuß des Öles 32 zwischen nebeneinanderliegenden Wellungen zu
verringern. Auf diese Weise dient das Öl 32 dazu, die Schwingungen des Balges zu
dämpfen. Auf Wunsch kann eine weitere Dämpferwirkung erhalten werden, wenn man auf
dem Ventil 22 eine Dichtung 25 anordnet, um einen dichten Abschluß -gegen das Innere
des Zylinders 16 zu bewirken und einen Luftdämpfer zu bilden, wobei die Packung
weich genug sein soll, um im Falle einer Verschiebung eine gegenseitige Bewegung
zwischen dem Zylinder 16 und dem Ventil 22 zu ermöglichen.
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Bei der Ausführungsform nach, den Fig. 5 und 6 dient die Erfindung
zur Steuerung eines Sparventils 66 bei einem Vergaser eines Flugmotors, der mit
einem Auflader versehen ist. Das Ventil 66 ist an einem Hebel 82 angelenkh, der
um einen festen Drehpunkt 84 schwingt. Beiderseits von diesem Drehpunkt sind Bälge
86 und 87 angeordnet und an einem Sockelteil 88 befestigt sowie mit dem Hebel 82
:durch Stangen 89 und go drehbar verbunden.
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Der Balg 86 ist teilweise mit Öl gefüllt. Der Balg 87 ist mit Öl gefüllt-
und steht mit einem Räum 96 in freier Verbindung, der durch, eine nachgiebige
Membran 98 abgeschlossen ist, deren andere Seite durch eine Leitung mit der
Saugleitung ioo hinter dem Drosselventil 72 in Verbindung steht.
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Betrachtet man insbesondere die Fig. 6, so sieht man, daß die an der
Stange 89 befestigte oder mit dieser aus einem Stück bestehende. Deckplatte
102 des Balges 86 mit einer zylindrischen Muffe io4 versehen ist, die sich nach
unten erstreckt und an den inneren Kanten der Wellungen des Balges etwa anliegt,
um, den Durchfluß des Öles in die genannten Wel.lungen, b.zw. aus diesen heraus
einzuschränken. Das andere Ende des Balges ist durch eine Grundplatte 106 geschlossen,
die mit einem rohrförmigen Teil io8 versehen ist. Letzterer erstreckt sich nach
oben und dient zur Aufnahme des darin verschiebbar .gelagerten abgerundeten Endes
eines Tauchkolbens iio, der mit dem genanten Teil zur Bildung einer Führung und
eines Dämpfers zusammenwirkt. Die Bohrung des Teiles io8 ist mit einer durch eine
Haube 114 abgeschlossenen Füllöffnung 112 verbunden. Der Teil io8 dient als Anschlag
zur Begrenzung .der Zusammenziehungsbewegung des Balges, und die im Balg enthaltene
Ölmenge ist so gewählt, daß, wenn der Teil io8 die Platte io2 berührt, der Balg
vollständig mit Öl
gefüllt ist, Es ist zu, bemerken, daß .durch diese Anordnung
Verschiebungen zwischen den Teilen. ermöglicht und Schwingungen der verschiedenen,
oben beschriebenen Arten gedämpft werden.
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Der Balg 87 ist an- seinem oberen Ende durch eine Platte 116 geschlossen,
die an der Stange go befestigt oder mit dieser aus einem, Stück hergestellt ist.
Die Stange go endet in einer- Kugel 118, die mit einem Kolben i2o ein Universalgelenk
bildet. Das untere Ende des Balges ist durch eine Grundplatte 122 geschlossen, die
eine mit ihr aus
einem Stück- bestehende -Hohlstange 124 besitzt.
Diese ;Hohlstange führt sich in einer im unteren Teil 88 vorgesehenen Bohrung, die
einen lotrechten, durch eine Haube 128 geschlossenen und durch einen- Kanal
130 mit dem Raum 96 verbunden Kanal 126 bildet.
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A'nSeinem oberen Ende ist der Kanal 126 durch mehrere . radiale Öffnungen
132 mit dem freien Raum innerhalb der Bälge verbunden. Eine Muffe r.34 ist an .der
Platte 122 befestigt, in der der Kolben i2o gleitet., um die Bewegung zu dämpfen.
Die Außenfläche der Muffe liegt -dicht an den inneren Kanten der Wellungen an, um
den Durchfluß -des Öles in diese Wellungen hinein-bzw. aus denselben heraus einzuschränken.
Durch diese Anordnung werden in ähnlicher Weise wie bei ;den obere beschriebenen.
Verschiebungen ermöglicht bzw. :Schwingungen gedämpft.