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Druckmittelbetätigte Vorrichtung zum Betätigen von Membran-Ventilen
entgegen einem Federdruck Die Erfindung bezieht sich auf eine druckmittelbetriebene
Einrichtung zur Betätigung von Membran-Ventilen gegen die Kraft einer Feder, wobei
die Bewegung durch den Druck des Druckmittels genau beherrscht werden kann. Im Idealfall
wird die Bewegung, und zwar in beiden Richtungen, linear von diesem Druck abhängig
sein. Im allgemeinen werden Einrichtungen dieser Art mit Druckluft betrieben, und
im folgenden soll der Einfachheit halber lediglich auf Druckluft Bezug genommen
werden.
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Einrichtungen dieser Art sind an sich bekannt. Sie besitzen eine Druckkammer,
deren Volumen dadurch veränderlich ist, daß ein Teil der Kammer aus biegsamem Werkstoff,
gewöhnlich in der Form einer biegsamen Membran, besteht. Dabei sind Federelemente
vorgesehen, die das Volumen auf seinen kleinsten Wert bringen, sowie ein Verbindungsteil
vom biegsamen Teil zu dem zu betätigenden Gerät. Am besten bildet man das übertragungsteil
starr aus und führt es durch die biegsame Wand aus der Druckkammer heraus, so daß
das Ventil durch Druckluft geschlossen und durch das Federelement geöffnet wird.
In gewissen Fällen aber ist eine umgekehrt wirkende Anordnung erforderlich, d. h.
die Öffnung geschieht dann durch Druckluft und die Schließung durch Federwirkung.
Bei bekannten Anordnungen ist das Übertragungsteil entweder durch die Druckkammer
geführt und benötigt daher eine Stopf-
Büchse, oder es wird eine
etwas verwickelte -Form des Verbindungsgliedes, etwa in Form eines Steigbügels,
verwendet, die nicht sehr starr ist. In beiden Fällen ist eine Einbuße an Genauigkeit
in der Betätigung die Folge.
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Gegenstand der Erfindung ist es, eine solche Einrichtung, wie oben
beschrieben, zu schaffen, die einfach- und genau ist. Weiterhin ist es Gegenstand
der Erfindung, eine solche Einrichtung für die Betätigung eines Meinbr an-Ventils
zu schaffen, die mit Rücksicht auf die verhältnismäßig hohe Rückwirkung des Leitungsdruckes
auf die Verschlußmembran eine ziemlich große Druckkammer benötigt, um das Ventil
in zufriedenstellender Weise zu betätigen.
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Erfindungsgemäß wird die Druckkammer ringförmig gestaltet, so daß
das Betätigungsglied durch ihre Mitte ohne Dichtung geführt werden kann. Die Bewegung
des biegsamen Teils der Kammer wird auf das Betätigungsglied durch eine Platte übertragen,
die auf dem biegsamen Teil aufliegt. Sowohl das Betätigungsglied als die Platte
können ohne Schwierigkeiten starr ausgeführt und starr miteinander verbunden werden;
das Betätigungsglied kann hierbei mit der Betätigungsspindel des Ventils zusammenfallen.
Vorzugsweise besitzt die Betätigungsplatte finit dem biegsamen Teil der Kammer eine
Berührungsfläche von möglichst großer Breite, um die Flächenpressung zwischen dem
biegsamen Teil und der Platte zu mindern und die biegsamen Wände zu schonen.
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Es kann auch die ganze Druckkammer biegsam ausgebildet werden, beispielsweise
in der Form ähnlich dem Schlauch eines Autoreifens oder einer bestimmten Art von
Luftkissen. Vorzugsweise wird aber eine biegsame ringförmige Membran verwendet,
die an ihrem inneren und an ihrem äußeren Umfang an festen Teilen der Druckkammer
eingespannt ist. Außerdem besitzt die Membran vorzugsweise eine solche -Form, daß
der finit der Betätigungsplatte in Berührung stehende Teil einen axialen Abstand
von den eingespannten Umfangsflächen besitzt und der Bewegungsbereich so gewählt
ist, daß die Krümmung der Membran in keiner Stellung umgekehrt wird. Dadurch ist
die Möglichkeit gegeben, eine dünne Membran zu verwenden, die nur geringe Kräfte
zu ihrer Bewegung erfordert und verschiedene Charakteristiken in den beiden Bewegungsrichtungen
vermeidet, die durch die beim Dehnen und Zurückgehen der Membran auftretenden Kräfte
hervorgerufen werden. Zweckmäßigerweise besitzt die Membran eine Form, die im entspannten
Zustand dem kleinsten Volumen der Kammer entspricht, da sich hierdurch die kleinste
Bauhöhe ergibt. Die Membran selbst kann aus Gummi bestehen und durch Gewebeeinlagen
verstärkt sein.
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Einzelheiten der Erfindung seien an Hand der Zeichnung näher erläutert,
in der Abb. i einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung
darstellt; Abb.2 ist ein axialer Schnitt einer zweiten :\usführungsform und Abb.3
eine Einzelansicht einer Abänderung der Ausführungsform nach Fig.2.
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Gemäß Abb. i ist ein Membran-Ventil einer beliebigen Ausführungsform
bei V angedeutet, das durch die Aufwärtsbewegung. des Schaftes i geöffnet werden
kann. Um das Ventil zu schließen, sind Federelemente :2 vorgesehen, die sich gegen
ein Widerlager 3 auf der einen Seite und eine Betätigungsplatte 4 abstützen, die
einen verbreiterten Kopf des Schaftes i bildet. Die Wirkung der Feder auf den Ventilkörper
wird durch das Gehäuse 5 übertragen. Um das Ventil zu öffnen, ist eine schlauchringförmige
Kammer 6 aus Gummi, gummiertem Gewebe oder ähnlichem starken biegsamen Material
vorgesehen, die den Schaft umgibt und zwischen die Unterseite der Platte 4 und die
Grundfläche 7 eingefügt ist, die einen Teil des Gehäuses 5 bildet. Die Luft kann
durch eine Verbindungsleitung 8 in die Kammer eingeführt oder abgelassen werden,
und die Teile sind so bemessen, daß das Ventil durch die Feder 2 geschlossen gehalten
wird, wenn die Kammer entlastet ist, während bei gefüllter Kammer die Kopfplatte
4 gegen die Feder angehoben ist und so das Ventil öffnet. Es ist zu ersehen, daß
dank der Ringform der Kammer eine kurze und unmittelbare Verbindung zum Ventil möglich
ist, ohne daß irgendeine Stopfbüchse oder eine andere dichtende Verbindung nötig
ist, an welcher der Schaft die Kammer durchdringt.
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Anstatt die ganze Kammer aus biegsamem Werkstoff herzustellen, ist
es vorteilhaft, lediglich einen Teil, und zwar in Form einer ringförmigen Membran,
biegsam zu gestalten. Eine solche vorzugsweise Ausführungsform in Anwendung auf
die Betätigung eines Membran-Ventils ist in Abb.2 dargestellt. Das Membran-Ventil
selbst ist von bekannter Konstruktion und erfordert keine weitere Beschreibung.
In solchen Ventilen ist die Krafteinwirkung des Leitungsdruckes auf den Ventilschaft
hoch, und entsprechend starke Federn und eine große Druckkammer sind notwendig.
In dem dargestellten Beispiel ist der starre Teil der Druckluftkammer schalenförmig
ausgebildet und hat eine Bohrung, in der ein Zapfen i2 befestigt ist, der luftdicht
mit der üblichen Ventilhaube 13
verschraubt ist. Die Schalenform kann äußerlich
durch Rippen 14 verstärkt sein. Sie hat eine Lufteinlaßöffnung 15 an einer geeigneten
Stelle und an ihrem Umfang eine flache, ringförmige Einspannfläche 16. Ein Metallring
17 hat eine flache Ringfläche 18, die auf die Einspannfläche der Schalenform
und den äußeren Umfang der Membran i9 paßt. Diese Membran ist entsprechend der gezeigten.geschlossenen
Stellung des Ventils geformt und zwischen Ring und Schalenform eingespannt, die
durch Bolzen 2o zusammengehalten werden.
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Eine Lagerbüchse 21 mit einem Flansch 2a an ihrem unteren Ende, durch
den sie festgehalten wird, ragt durch den Haubenzapfen 12, mit dem sie eine luftdichte
Verbindung herstellt, und dient dazu, die Ventilspinde123 zu führen. An ihrem oberen
Ende hat die Lagerbüchse ein Gewinde,
um eine Mutter 24, aufzunehmen.
Der innere Umfang der =Membran ist durch Anziehen der Mutter zwischen die flache
obere Fläche eines Abstandsstückes 25, das über die Lagerbüchse geschoben ist, und
die flache, schräg abgekantete Unterfläche einer Unterlegscheibe 26 unter der Mutter
eingespannt. Nach dem Einspannen kann der innere Umfang der Membran, wie in der
Zeichnung dargestellt, der Unterseite der Schalenform etwas näher liegen als der
äußere Umfang, wenn das Ventil geschlossen ist.
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Eine ringförmige Betätigungsplatte 27 ist an ihrer Unterseite leicht
abgerundet und weist gut abgerundete Kanten 28 auf. Sie bildet einen Teil mit einem
zentralen ringförmigen Stück 29, das die Unterlegscheibe 26 und die angrenzenden
Teile der Membran mit großem Spielraum umgibt. Dieser ringförmige Teil endet seinerseits
in geeigneter Höhe in einer zentralen Scheibe 3o, die auf das Ende der Spindel23
paßt und daran mittels zweier Muttern 31 und 32 befestigt ist. Die Oberfläche
dieser zentralen Scheibe ist in ihrer Mitte mit einem zapfenförmigen Ansatz 33 versehen.
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Eine Anzahl von Bolzen 34., z. B. zwei, die einander gegenüberliegen,
sind in den Ring 17 eingeschraubt und durch eine Brücke 35 verbunden. Die letztere
kann durch Muttern 36 gegen rohrförmige Abstandsstücke 37 über den Bolzen 3,4 befestigt
sein. Durch die Mitte des Brückenteils 35 und mit der Ventilspindel 23 fluchtend
ist ein Bolzen 38 eingeschraubt. Die Federelemente stützen sich zwischen diesem
Bolzen und der zentralen Scheibe 3o ab.
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Abb. 2 zeigt als Federelemente eine Anzahl von getrennten Druckfedern
39. Dementsprechend ist eine Platte 4o auf dem Zapfen 33 angeordnet und eine andere
Platte 4i mit-einer Vertiefung auf das Ende des Bolzens 38 abgestützt. Diese beiden
Platten haben eine Reihe einander gegenüberstehender Zapfen .42 und 4.3, die symmetrisch
um die Mittelachse angeordnet sind und die zur Führung der Federn 39 dienen.
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In Abb.3 ist eine einzelne Druckfeder ,44. verwendet. Diese ist an
ihrem unteren Ende auf dem Zapfen 33 und an ihrem oberen Ende durch ein mit einem
Zapfen versehenes Lager a.5 gehalten, das eine Aussenkung zur Entnahme des Bolzenendes
38 besitzt. Gemäß beiden Fig. 2 und 3 ermöglicht der Bolzen 38 die Federvorspannung
einzustellen, um sie demLeitungsdruck anzupassen.