**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.
PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung einer Schubkolbeneinrichtung mit einer den Spalt zwischen dem Kolben und dem umgebenden Gehäuse überbrückenden Membran, wobei der Kolben (2) und das Gehäuse (4) Stützflächen (10,12) für die Membran (6) bilden, auf denen die Membran während der Bewegung des Kolbens relativ zu dem Gehäuse abrollt und diese Stützflächen gegenüber der Bewegungsrichtung des Kolbens geneigt verlaufen, so dass die Membran durch die Kolbenbewegung von der Form der Stützfläche am Gehäuse in die Form der Stützfläche des Kolbens umgestülpt wird, wobei die Stützflächen (10, 12) und der auf diesen abrollende Teil der im undeformierten Zustand grösstenteils hohlkugelförmigen Membran angenähert die gleiche sphärische Krümmung aufweisen,
so dass die Stützfläche (12) am Gehäuse konkav und die Stützfläche (10) am Kolben konvex, bezogen auf den Gehäuseinnenraum, gekrümmt sind, gekennzeichnet durch Einlegen der Membran (84) mit ihrem äusseren Umfang (82) zwischen zwei in einer Ebene quer zur Mittelachse der Einrichtung verlaufenden Wandteilen der Gehäuseteile, Gegeneinanderpressen der Gehäuseteile, so dass der Membranumfang (82) klemmend zwischen ihnen gehalten ist, und festes Verbinden von aneinanderliegenden äusseren Rändern (74, 80) beider Gehäuseteile (72, 76) während der klemmenden Halterung, so dass der Membranrand nach Fertigstellung der Verbindung unter Vorspannung gehalten ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die äusseren Ränder (74, 80) beider Gehäuseteile sich mit angenähert gleicher Länge überlappen, dadurch gekennzeichnet, dass diese Ränder (74, 80) während der Halterung der Gehäuseteile (72, 76) unter Vorspannung in einer Presse durch Punktschweissen miteinander verbunden werden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schubkolbeneinrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Schubkolbeneinrichtungen der eingangs genannten Art haben gegenüber Einrichtungen, bei denen der Kolben und die Innenwand des Gehäuses zylindrisch ausgeführt sind, den Vorteil, dass die Membran bei ihrer Rollbewegung keinen wesentlichen Dehnungen ausgesetzt ist und aus einem undehnbaren, jedoch biegsamen Material grösserer Festigkeit ausgeführt sein kann. Die Dehnung der Membran an Schubkolbeneinrichtungen mit zylindrischen Anlageflächen für die Membran ergibt sich durch das Überrollen der Membran im Rollspalt von dem kleineren Umfang am Kolben auf den grösseren Umfang an der zylindrischen Gehäusewand. Die Umfangsdifferenz ist dabei durch die von der Biegsamkeit der Membran abhängigen Breite des Rollspaltes zwischen dem Kolben und dem Gehäuse bestimmt.
Bei der Schubkolbeneinrichtung entsprechend der eingangs genannten Art ist die Formänderung der Membran nur mit Biegeverformungen verbunden, da die Membran aufgrund des geneigten Verlaufs der Stützflächen, an denen sie anliegt, nur entsprechend der somit bestimmten Form umgestülpt wird.
Die bisher bekannten Ausführungsformen einer Schubkolbeneinrichtung der eingangs genannten Art, z.B. entsprechend der FR-PS 704479 und der FR-PS 1 428 839 haben ungekrümmt geneigte Stützflächen, die eine Umstülpdeformierung der Membran ohne wesentliche Dehnung des Membranmaterials ermöglichen. Durch die CH-PS 445 222 ist weiterhin eine Ausführungsform einer Schubkolbeneinrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der beide Stützflächen konvex geformt sind und einen somit zueinander konvergierenden Verlauf aufweisen. Diese Ausführungsform hat jedoch den Nachteil, dass eine reine Umstülpdeformation ohne wesentliche Dehnungen oder Stauchungen in dem Membranmaterial nicht möglich ist.
Eine reine Umstülpdeformation ergibt sich nur, wenn die Membran nach dem Umstülpen in umgekehrter Form die gleichen Kegelwinkel der Stützfläche des Gehäuses gleich dem Kegelwinkel der Stützfläche des Kolbens ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Schubkolbeneinrichtung der eingangs genannten Art zu finden, die eine höhere Belastbarkeit durch den Druck des abzusperrenden Mediums und dabei eine höhere Dauerhaftigkeit der Membran aufweist und die ausserdem bei gegebener Hubweite die Kolbenbewegung und gegebenem mittleren wirksamen Durchmesser des Kolbens eine kleinere Baugrösse der Schubkolbeneinrichtung, insbesondere in Richtung der Kolbenbewegung ermöglicht. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 erwähnten Merkmale.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils einer Schubkolbeneinrichtung gemäss der Erfindung,
Fig. 2 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 einer Schubkolbeneinrichtung entsprechend dem Stand der Technik,
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung entsprechend Fig. 1 bei gleichem Radius der sphärischen Form, jedoch anderem Radius der Biegekrümmung der Membran im Rollspalt,
Fig. 4 eine Darstellung entsprechend Fig. 3 mit einer gegenüber den Beispielen nach Fig. 1 und 3 noch geringeren Neigung der Tangente an die sphärische Stützfläche des Gehäuses gegenüber der Axialrichtung,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung entsprechend Fig. 1 bei gleichem Radius der sphärischen Form, jedoch grösserem Radius der Biegeverformung der Membran im Rollspalt,
Fig.
6 einen Teilquerschnitt durch eine für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 geeignete Membran,
Fig. 7 eine sektorförmig geschnittene perspektivische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels der Schubkolbeneinrichtung, und
Fig. 8 einen radialen Teilschnitt durch eine Schubkolbeneinrichtung mit schwenkbar geführter Kolbenstange.
Die Schubkolbeneinrichtung hat im wesentlichen einen Schubkolben 2, ein diesen Kolben umschliessendes Gehäuse 4 und eine Dichtmembran 6, die den ringförmigen Rollspalt 8 zwischen dem Kolben 2 und dem Gehäuse 4 überbrückt und einerseits mit dem Kolben und andererseits mit dem Gehäuse fest verbunden ist. Während der Schubbewegung des Kolbens z.B. zwischen den beiden in Fig. 1 dargestellten Positionen 2 und 2' des Kolbens rollt die Membran 6 an den Stützflächen 10, 12 des Kolbens bzw. des Gehäuses ab. Dabei ändert sich die Form der Membran, wie durch ihre verschiedenen Krümmungslinien in Fig. 1 angedeutet ist, ohne dass dabei in der Membran im wesentlichen andere Deformationen als durch die Biegung innerhalb des Rollspaltes 8 auftreten.
Das Gehäuse mit seiner sphärisch gekrümmten Stützfläche 12 und der Kolben mit seiner mit mindestens angenähert gleichem Radius sphärisch gekrümmten Stützfläche 10 sind so ausgeführt, dass die Membran im Rollspalt keinen grösseren Biegedeformationen ausgesetzt ist, als sich aufgrund der Eigenschaften und der Dicke der Membran ergibt.
Der für ein bestimmtes Membranmaterial ohne besondere
Beanspruchungen erzielbare minimale Biegeradius lässt sich leicht durch einen Faltversuch des Membranmaterials feststellen. Falls durch die Dimensionierung ein kleinerer Biegeradius der Membran im Rollspalt 8 erzwungen wird, so ist mit einem baldigen Bruch der Membran zu rechnen.
Die Membran hat im undeformierten Zustand, d.h. vor dem Einbau in die Schubkolbeneinrichtung, eine Kugelform mit der Krümmung entsprechend der Stützfläche 12 des Gehäuses 4, und durch die Einwirkung des Kolbens 2 stülpt sich diese Kugelform nach innen um, so dass der umgestülpte Teil den gleichen Kugelradius hat wie vor der Umstülpung, d.h. die Kugelkrümmung des äusseren Membranteils findet ihre Fortsetzung in der Umstülpform im inneren Teil der Membran. Dies ergibt sich durch die Gestaltung der Stützfläche 10 des Kolbens 2 entsprechend der Umstülpform in der entsprechend der Darstellung in Fig. 1 untersten Kolbenposition 2'.
An der Stelle 14, an der die Membran 6 ihre erste Berührungsstelle an der Stützfläche 10 des Kolbens 2 findet, befindet sich der Krümmungswendepunkt von der Krümmung entsprechend dem Biegeradius der Kugelform der Stützfläche 10 des Kolbens.
Ein Vergleich mit dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechend dem Stand der Technik macht Vorteile dieser Schubkolbeneinrichtung besonders deutlich. An der obersten möglichen Anlagestelle der Membran 21 an der kegelstumpfförmigen Stützfläche 22 hat das Gehäuse 24 der bekannten Schubkolbeneinrichtung den gleichen Durchmesser wie an der entsprechenden Stelle 16 der vorliegenden Schubkolbeneinrichtung nach Fig. 1. Ausserdem entspricht der Kegelwinkel der Stützfläche 22 der mittleren Neigung der Stützfläche 12. In Fig. 2 ist die Kugelkrümmung entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch die Strichlinie 26 angedeutet. Die Stützfläche 30 des Kolbens 32 entspricht der Umkehrform eines Kegels mit der Stützfläche 22 des Gehäuses 24, so dass die Stützfläche 30 in entgegengesetzter Richtung die gleiche Neigung hat wie die Stützfläche 22.
Schliesslich sind in Fig. 2 die obere 32 und untere 32 Kolbenposition mit gleichem Abstand bzw. gleicher Hubweite dargestellt wie im erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
Der Vergleich zwischen den Darstellungen der Fig. 1 und 2 für diese vergleichbar gestalteten Ausführungsbeispielen entsprechend der vorliegenden Erfindung und entsprechend dem Stand der Technik zeigt, dass die vorliegende Schubkolbeneinrichtung ein wesentlich geringeres Bauvolumen hat.
Die erforderliche Mindesthöhe einer Schubkolbeneinrichtung entsprechend dem Stand der Technik ist grösser als bei einer Schubkolbeneinrichtung entsprechend der Erfindung, da das bekannte Konstruktionsprinzip eine steilere Stützfläche 30 des Kolbens 32 benötigt, um die gleiche Hubbewegung auszuführen. Weiterhin ergibt sich, dass aufgrund der vorliegenden Erfindung die Durchmesseränderung des Rollspaltes 8 gegenüber der bekannten Membran geringer ist, da sich die Neigung der Stützfläche 12 aufgrund ihrer Kugelform von der oberen Hubposition zur unteren Hubposition zunehmend verringert.
Da im Gegensatz zu der mittleren Neigung der Stützfläche 12 des Gehäuses die Neigung der Stützfläche 10 des Kolbens beim Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung wesentlich geringer ist, ergibt sich schliesslich auch beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ein grösserer Winkel zwischen den Tangenten an beiden Stützflächen 10, 12 als zwischen den konischen Stützflächen 22, 30. Letzteres hat den Vorteil der Biegung der Membran um einen kleineren Winkel. Es zeigt sich somit, das bei gleichem Hubvolumen eine Einrichtung gemäss der hier veranschaulichten Ausführungsform nicht nur eine wesentlich geringere Baugrösse aufweist, sondern sich auch eine wesentlich geringere Beanspruchung der Membran durch den Druck des abzusperrenden Mediums ergibt, so dass sie eine wesentlich grössere Lebensdauer aufweist. wie sich auch durch Dauerversuche an mehreren Einrichtungen bestätigt hat.
Die schematischen Darstellungen nach Fig. 3 und 4 von Ausführungsbeispielen gemäss der vorliegenden Erfindung mit gleichem Radius der Krümmung der Stützflächen 36, 38 bzw. 36', 38' am Gehäuse 40 und Kolben 42 und bei gleichem Biegeradius der Membran 44 im Rollspalt zeigt die Abhängigkeit der möglichen Hubweite des Kolbens 42 von der mittleren Neigung der Stützfläche 36 gegenüber der Kolbenachse. Die beiden extremen Hubpositionen des Kolbens sind von der Position der oberen Grenzkante 46 der Stützfläche 36 des Gehäuses und der oberen Grenzkante 48 der Stützfläche 38 des Kolbens 42 abhängig.
Die Grenzkante 48 der Stützfläche 38 bewegt sich entlang der Strichlinie 50 nach unten, und bei Kontakt mit der Membran 44 ist die unterste Hubposition erreicht.
Die Darstellung der Fig. 4 zeigt die noch wesentlich kleinere mögliche Hubweite aufgrund der noch flacheren Neigung der Stützfläche 36 des Gehäuses 40'.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit der zulässigen Hubweite des Kolbens 52 von dem Biegeradius der Membran 54 durch einen Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, bei dem die obere Grenzkante 46 der Stützfläche des Gehäuses die gleiche Position hat wie die obere Grenzkante 56 der Stützfläche 58 des Gehäuses 60 entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5. Durch den grösseren Biegeradius der Membran 54, der sich beispielsweise aufgrund der Verwendung einer dickeren und damit weniger biegsamen Membran ergibt, ist eine wesentlich grössere Hublänge des Kolbens 52 möglich, bis die Kante 62 kurz vor der Berührung mit der Membran 54 steht.
Die Strichlinie 64 zeigt den Verlauf der ersten Kontaktstelle 66 der Membran mit der Stützfläche 68 des Kolbens 52 bei der Abwährtsbewegung des Kolbens, und es zeigt sich, dass die Strichlinie 64 angenähert die gleiche Krümmung aufweist wie die Stützfläche des Gehäuses.
Die Fig. 6 zeigt die Membran 54 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 im undeformierten Zustand, d.h. vor ihrem Einbau in die Schubkolbeneinrichtung. Die Herstellung erfolgt z.B. durch Einspannen einer ebenen Folie an ihrem Umfang und Tiefziehen mittels eines Stempels, der im wesentlichen die Form entsprechend der Membran aufweist.
Die Verformung einer ebenen Membran in Kugelform ist mit einer wesentlich geringeren Verformungsbeanspruchung des Materials verbunden, das z.B. aus einem kunststoff- oder gummiimprägnierten Gewebe besteht.
Durch die Verformung der Membran entprechend der nach oben verlängerten Form der Stützfläche 58 des Gehäuses 60 ergibt sich in der Membran nach dem Einbau in die Schubkolbeneinrichtung nur die Biegedeformation im Bereich des Rollspaltes, d.h. im Übergangsbereich von der konkaven Form der Stützfläche am Gehäuse in die konvexe Form der Stützfläche am Kolben. In der hier vorkommenden Schubkolbeneinrichtung treten somit in der Membran nur form- und materialgerechte Deformationen auf, so dass sie eine hohe Lebensdauer hat. Wie bereits erwähnt, ergeben sich ausserdem aufgrund der geometrischen Form der Stützflächen am Gehäuse und am Kolben geringere Kräfte an der Membran aufgrund des Druckes des abzusperrenden Mediums.
Die bei gleichem Hubvolumen bzw. gleicher Hubweite wesentlich flachere Form der Schubkolbeneinrichtung sowie die sphärische Krümmung der Stützflächen am Gehäuse und Kolben ermöglicht weiterhin eine einfachere und damit kostengünstigere Herstellung des Gehäuses und des Kolbens durch Tiefziehen, wie am besten durch die Darstellung in Fig. 7 deutlich wird. Das Gehäuse 70 nach Fig. 7 ist zweiteilig und hat einen Bodenteil 72 mit einem aufgebogenen Rand 74 sowie einen Umfangsteil 76, die beide aus Blech tiefgezogen sind.
An den sphärisch gekrümmten Stützflächen 78 des Gehäuseumfangsteiles schliesst sich über eine Krümmung ein parallel zu dem Rand 74 aufgebogener Flansch 80 an, der nach Einklemmen des äusseren Umfangsbereiches 82 der Membran in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Kolbenbewegung, zwischen beiden Gehäuseteilen 72 und 76 durch Punktschweissungen 86 mit dem aufgebogenen Rand 74 des Gehäusebodenteiles 72 verbunden ist. An den Stützflächenteil 78 schliesst sich nach oben ein zylindrischer Bereich 88 des Gehäuses an, dessen oberes Ende radial nach innen zur Bildung eines Anschlages 90 für den Kolben 92 umgebogen ist.
Der Kolben 92 hat einen ebenen, zur Bodenwand 94 des Bodenteils 72 parallelen Bodenteil 96, der nach aussen in einen bogenförmig nach oben gebogenen Kolbenumfangsteil 98 übergeht, so dass er eine teller- bzw. napfförmige Gestalt hat und ebenfalls besonders leicht durch Tiefziehen herstellbar ist. Der grossflächige Bodenteil 96 des Kolbens bietet zahlreiche Möglichkeiten der Befestigung einer Kolbenstangeneinrichtung am Kolben, die zur Vereinfachung der Darstellung nicht abgebildet sind.
Für die Befestigung der Schubkolbeneinrichtung an einem Halterungsteil in Abhängigkeit von der Anwendung der Schubkolbeneinrichtung ist der Flansch 80 des Gehäuseumfangsteiles 76 an mehreren Stellen mit nockenartigen Einbuchtungen 100 begrenzter axialer Länge versehen, die durch nicht dargestellte Teile einer Halterungseinrichtung nach Art eines Bajonettverschlusses untergriffen werden können.
Die Aufbiegung des Gehäuserandes in axialer Richtung trägt ebenfalls dazu bei, die Abmessungen der Schubkolbeneinrichtung gering zu halten, und der sich ergebende Flanschbereich gestattet eine gute Befestigung bei der Anwendung der Schubkolbeneinrichtung. Weiterhin gestattet ein ringförmig umlaufender Absatz 102 im Gehäusebodenteil 72 das zentrierende Einsetzen der Schubkolbeneinrichtung in einer kreisrunden Öffnung einer nicht dargestellten Halterung eines Gerätes, an dem die Einrichtung angewandt wird.
Die Fig. 8 zeigt im radialen Teilschnitt ein Ausführungsbeispiel der Schubkolbeneinrichtung mit einer Schwenkbewegung zulassenden Kolbenführung. Wie bereits erwähnt, entspricht es einem wesentlichen Vorteil der vorliegenden Schubkolbeneinrichtung, dass der Kolben Kippbewegungen ausführen kann, ohne dass die Membran unzulässigen Beanspruchungen ausgesetzt wird. Der Gehäusebodenteil 72, der Gehäuseumfangsteil 76 und der Kolben 92 sind im wesentlichen entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 gestaltet. In der Mitte der Bodenwand 94 ist eine Vertiefung 104 eingepresst, in der sich die Aufnahmeöffnung 106 für einen Anschlussstutzen 108 befindet, der mittels einer Schraubenmutter 110 bei Verwendung von nicht dargestelltem Dichtungsmaterial dicht an der Öffnung 106 gehalten ist.
Zum inneren Teil der Einrichtung hin verlängert sich der Anschlussstutzen 108 zu einem Führungsschaft 112 für die Zentrierung der Schiebebewegung des Kolbens 92 innerhalb des Gehäuses 70. Für die Ein- und Ausströmung des Druckmediums in den durch die Membran 84 abgedichteten Raum 114 ist der Schaft 112 mit einer axialen Bohrung 116 versehen, an die sich in den Raum 114 mündende Radialbohrungen 118 anschliessen.
Der Kolben 92 hat einen nach oben gerichteten, abgesetzten hohlzylindrischen Ansatz 120 für die Aufnahme des Führungsschaftes 112 und eines auf dem Führungsschaft verschiebbaren Gelenklagers 122. Das Gelenklager 122 erlaubt eine Kippbewegung des Kolbens 92, ohne dass sich der Kolben aus seiner um den Führungsschaft 112 zentrierten Position verschiebt. Die Führung des Kolbens 92 kann jedoch auch durch eine ausserhalb der Schubkolbeneinrichtung vorgesehene Vorrichtung erfolgen, die sich an dem Gerät befindet, an dem die erfindungsgemässe Einrichtung angewandt wird.
Für die Halterung des Membran 84 an dem Kolben ist in die Öffnung des Ansatzes 120 ein Flanschring 124 eingepresst, der die Membran zwischen seinem Flansch und dem Kolbenboden 96 festhält. Das äussere Ende des hohlzylindrischen Kolbenansatzes 120 dient der Befestigung einer Kolbenstange 126 für die Übertragung der Bewegung des Kolbens auf ein nicht dargestelltes Gerät oder für die Einleitung einer Bewegung auf den Kolben.
Es versteht sich, dass durch die Kippbarkeit des Kolbens sich für die erfindungsgemässe Schubkolbeneinrichtung neuartige Anwendungsmöglichkeiten ergeben. Beispielsweise kann das Gelenklager 122 bei der Anwendung an einer Kurbelmechanik die Aufgabe eines Pleuellagers erfüllen. Die Kippbarkeit des Kolbens ist auch vorteilhaft für die Einleitung von Kippbewegungen an einer Verstelleinrichtung.
** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
1. A method for producing a push piston device with a membrane bridging the gap between the piston and the surrounding housing, the piston (2) and the housing (4) forming support surfaces (10, 12) for the membrane (6) on which the membrane rolls relative to the housing during the movement of the piston and these support surfaces are inclined with respect to the direction of movement of the piston, so that the membrane is inverted by the piston movement from the shape of the support surface on the housing to the shape of the support surface of the piston, the support surfaces (10, 12) and the part rolling on this part of the largely hollow spherical membrane in the undeformed state have approximately the same spherical curvature,
so that the support surface (12) on the housing is concave and the support surface (10) on the piston is convex, with respect to the housing interior, characterized by inserting the membrane (84) with its outer circumference (82) between two in a plane transverse to Center axis of the device running wall parts of the housing parts, pressing the housing parts against each other so that the membrane circumference (82) is held clampingly between them, and firmly connecting adjacent outer edges (74, 80) of both housing parts (72, 76) during the clamping holder, so that the membrane edge is held under tension after completion of the connection.
2. The method according to claim 1, wherein the outer edges (74, 80) of the two housing parts overlap with approximately the same length, characterized in that these edges (74, 80) while holding the housing parts (72, 76) under tension in one Press to be connected by spot welding.
The invention relates to a method for producing a push piston device according to the preamble of patent claim 1.
Thrust piston devices of the type mentioned have the advantage over devices in which the piston and the inner wall of the housing are cylindrical that the membrane is not exposed to any significant expansions during its rolling movement and can be made of an inextensible but flexible material of greater strength. The expansion of the membrane on thrust piston devices with cylindrical contact surfaces for the membrane results from the rolling over of the membrane in the roll gap from the smaller circumference on the piston to the larger circumference on the cylindrical housing wall. The circumferential difference is determined by the width of the roll gap between the piston and the housing, which is dependent on the flexibility of the membrane.
In the case of the push piston device corresponding to the type mentioned at the outset, the change in shape of the membrane is only associated with bending deformations, since the membrane, due to the inclined course of the support surfaces against which it rests, is inverted only in accordance with the shape thus determined.
The previously known embodiments of a push piston device of the type mentioned at the outset, e.g. according to FR-PS 704479 and FR-PS 1 428 839 have non-curved inclined support surfaces which enable the membrane to be inverted without significant expansion of the membrane material. CH-PS 445 222 also discloses an embodiment of a push piston device of the type mentioned at the outset, in which the two support surfaces are convex in shape and thus have a converging profile. However, this embodiment has the disadvantage that a pure inverted deformation is not possible without significant expansion or compression in the membrane material.
A pure inversion deformation only results if the membrane after inversion is reversed, the same cone angle of the support surface of the housing is equal to the cone angle of the support surface of the piston.
The present invention has for its object to find a method for producing a pushing piston device of the type mentioned, which has a higher load capacity due to the pressure of the medium to be shut off and thereby a higher durability of the membrane and also the piston movement and given average stroke length effective diameter of the piston allows a smaller size of the thrust piston device, in particular in the direction of the piston movement. This object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of patent claim 1.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
1 is a schematic sectional view of part of a thrust piston device according to the invention,
2 shows a representation corresponding to FIG. 1 of a thrust piston device according to the prior art,
3 shows a schematic sectional illustration corresponding to FIG. 1 with the same radius of the spherical shape, but with a different radius of the bending curvature of the membrane in the rolling gap,
4 shows a representation corresponding to FIG. 3 with an even smaller inclination of the tangent to the spherical support surface of the housing relative to the axial direction compared to the examples according to FIGS. 1 and 3, FIG.
5 is a sectional view corresponding to FIG. 1 with the same radius of the spherical shape, but a larger radius of the bending deformation of the membrane in the roll gap,
Fig.
6 shows a partial cross section through a membrane suitable for the exemplary embodiment according to FIG. 5,
7 shows a perspective partial representation of an embodiment of the thrust piston device, which is cut in a sector shape, and
Fig. 8 is a partial radial section through a push piston device with a pivotably guided piston rod.
The thrust piston device essentially has a thrust piston 2, a housing 4 enclosing this piston and a sealing membrane 6 which bridges the annular rolling gap 8 between the piston 2 and the housing 4 and is firmly connected on the one hand to the piston and on the other hand to the housing. During the pushing movement of the piston e.g. between the two positions 2 and 2 'of the piston shown in FIG. 1, the membrane 6 rolls on the support surfaces 10, 12 of the piston and the housing, respectively. The shape of the membrane changes, as indicated by its different lines of curvature in FIG. 1, without the deformation in the membrane occurring essentially other than as a result of the bending within the roll nip 8.
The housing with its spherically curved support surface 12 and the piston with its support surface 10 which is spherically curved with at least approximately the same radius are designed in such a way that the membrane in the roll nip is not exposed to any greater bending deformation than results from the properties and the thickness of the membrane.
The one for a certain membrane material without any special
Minimum bending radius that can be achieved under stress can easily be determined by folding the membrane material. If the dimensioning forces a smaller bending radius of the membrane in the roll nip 8, the membrane is likely to break soon.
The membrane is in the undeformed state, i.e. before installation in the thrust piston device, a spherical shape with the curvature corresponding to the support surface 12 of the housing 4, and due to the action of the piston 2, this spherical shape turns inside out, so that the turned part has the same spherical radius as before the inverted portion, i.e. the spherical curvature of the outer membrane part is continued in the inverted shape in the inner part of the membrane. This results from the design of the support surface 10 of the piston 2 in accordance with the everted shape in the lowest piston position 2 ′ as shown in FIG. 1.
At the point 14 where the membrane 6 finds its first point of contact on the support surface 10 of the piston 2, the point of curvature of the curvature is located according to the bending radius of the spherical shape of the support surface 10 of the piston.
A comparison with the exemplary embodiment shown in FIG. 2 according to the prior art makes the advantages of this thrust piston device particularly clear. At the uppermost possible contact point of the membrane 21 on the frustoconical support surface 22, the housing 24 of the known thrust piston device has the same diameter as at the corresponding point 16 of the present thrust piston device according to FIG. 1. In addition, the cone angle of the support surface 22 corresponds to the average inclination of the support surface 12 2, the spherical curvature corresponding to the exemplary embodiment according to FIG. 1 is indicated by the dashed line 26. The support surface 30 of the piston 32 corresponds to the reverse shape of a cone with the support surface 22 of the housing 24, so that the support surface 30 has the same inclination in the opposite direction as the support surface 22.
Finally, FIG. 2 shows the upper 32 and lower 32 piston positions with the same distance or the same stroke width as in the exemplary embodiment according to the invention according to FIG. 1.
The comparison between the representations of FIGS. 1 and 2 for these comparably designed exemplary embodiments in accordance with the present invention and in accordance with the prior art shows that the present thrust piston device has a significantly smaller overall volume.
The required minimum height of a push piston device according to the prior art is greater than a push piston device according to the invention, since the known construction principle requires a steeper support surface 30 of the piston 32 in order to carry out the same stroke movement. Furthermore, it follows that, due to the present invention, the change in diameter of the roller nip 8 is smaller compared to the known membrane, since the inclination of the support surface 12 is increasingly reduced due to its spherical shape from the upper stroke position to the lower stroke position.
Since, in contrast to the average inclination of the support surface 12 of the housing, the inclination of the support surface 10 of the piston in the exemplary embodiment according to the invention is significantly lower, finally in the present exemplary embodiment there is also a larger angle between the tangents on both support surfaces 10, 12 than between the conical support surfaces 22, 30. The latter has the advantage of bending the membrane by a smaller angle. It can thus be seen that, with the same stroke volume, a device according to the embodiment illustrated here not only has a significantly smaller size, but also results in a significantly lower stress on the membrane due to the pressure of the medium to be shut off, so that it has a significantly longer service life. as has also been confirmed by endurance tests at several facilities.
3 and 4 of exemplary embodiments according to the present invention with the same radius of curvature of the support surfaces 36, 38 or 36 ', 38' on the housing 40 and piston 42 and with the same bending radius of the membrane 44 in the roll nip shows the dependency the possible stroke length of the piston 42 from the average inclination of the support surface 36 with respect to the piston axis. The two extreme stroke positions of the piston are dependent on the position of the upper boundary edge 46 of the support surface 36 of the housing and the upper boundary edge 48 of the support surface 38 of the piston 42.
The boundary edge 48 of the support surface 38 moves downwards along the broken line 50, and the lowest stroke position is reached when it comes into contact with the membrane 44.
The illustration in FIG. 4 shows the much smaller possible stroke length due to the even flatter inclination of the support surface 36 of the housing 40 '.
The embodiment of FIG. 5 shows the dependence of the permissible stroke of the piston 52 on the bending radius of the membrane 54 by a comparison with the embodiment of FIG. 3, in which the upper boundary edge 46 of the support surface of the housing has the same position as the upper boundary edge 56 of the support surface 58 of the housing 60 according to the embodiment of FIG. 5. Due to the larger bending radius of the membrane 54, which results, for example, due to the use of a thicker and therefore less flexible membrane, a much longer stroke length of the piston 52 is possible until the Edge 62 is just before contact with membrane 54.
The dashed line 64 shows the course of the first contact point 66 of the membrane with the support surface 68 of the piston 52 during the downward movement of the piston, and it is shown that the dashed line 64 has approximately the same curvature as the support surface of the housing.
Fig. 6 shows the membrane 54 of the embodiment of Fig. 5 in the undeformed state, i.e. before installation in the push piston device. The production takes place e.g. by clamping a flat film on its circumference and deep drawing by means of a stamp which essentially has the shape corresponding to the membrane.
The deformation of a flat membrane in spherical form is associated with a considerably lower deformation stress on the material, which e.g. consists of a plastic or rubber impregnated fabric.
Due to the deformation of the membrane in accordance with the upwardly elongated shape of the support surface 58 of the housing 60, only the bending deformation in the area of the rolling gap, i.e. in the transition area from the concave shape of the support surface on the housing to the convex shape of the support surface on the piston. In the thrust piston device occurring here, only deformations conforming to shape and material occur in the membrane, so that it has a long service life. As already mentioned, there are also lower forces on the membrane due to the pressure of the medium to be shut off due to the geometric shape of the support surfaces on the housing and on the piston.
The substantially flatter shape of the thrust piston device with the same stroke volume or the same stroke width, as well as the spherical curvature of the support surfaces on the housing and piston, furthermore enable a simpler and therefore more cost-effective production of the housing and the piston by deep drawing, as best seen in the illustration in FIG. 7 becomes. The housing 70 according to FIG. 7 is in two parts and has a bottom part 72 with a bent edge 74 and a peripheral part 76, both of which are deep-drawn from sheet metal.
On the spherically curved support surfaces 78 of the housing circumferential part, a flange 80, which is bent parallel to the edge 74, adjoins after curving the outer circumferential area 82 of the membrane in the axial direction, i.e. is connected in the direction of the piston movement between the two housing parts 72 and 76 by spot welds 86 with the bent edge 74 of the housing base part 72. A cylindrical region 88 of the housing adjoins the support surface part 78, the upper end of which is bent radially inward to form a stop 90 for the piston 92.
The piston 92 has a flat bottom part 96 which is parallel to the bottom wall 94 of the bottom part 72 and merges outwards into an arcuate upwardly curved piston peripheral part 98, so that it has a plate-like or cup-shaped shape and is also particularly easy to produce by deep drawing. The large-area bottom part 96 of the piston offers numerous possibilities for fastening a piston rod device to the piston, which are not shown in order to simplify the illustration.
For fastening the thrust piston device to a mounting part depending on the application of the thrust piston device, the flange 80 of the housing peripheral part 76 is provided at several points with cam-like indentations 100 of limited axial length, which can be undercut by parts of a mounting device, not shown, in the manner of a bayonet catch.
The bending of the housing edge in the axial direction also helps to keep the dimensions of the thrust piston device small, and the resulting flange area permits good fastening when using the thrust piston device. Furthermore, a ring-shaped circumferential shoulder 102 in the housing base part 72 allows the pushing piston device to be inserted in a center in a circular opening in a holder (not shown) of a device to which the device is used.
8 shows a radial partial section of an embodiment of the thrust piston device with a piston guide that allows a pivoting movement. As already mentioned, it is a major advantage of the present thrust piston device that the piston can perform tilting movements without the membrane being exposed to undue stress. The housing base part 72, the housing peripheral part 76 and the piston 92 are essentially designed in accordance with the exemplary embodiment according to FIG. 7. In the middle of the bottom wall 94, a depression 104 is pressed, in which there is the receiving opening 106 for a connecting piece 108, which is held close to the opening 106 by means of a screw nut 110 when sealing material (not shown) is used.
Towards the inner part of the device, the connecting piece 108 extends to a guide shaft 112 for centering the sliding movement of the piston 92 within the housing 70. The shaft 112 is also included for the inflow and outflow of the pressure medium into the space 114 sealed by the membrane 84 provided with an axial bore 116, which is followed by radial bores 118 opening into the space 114.
The piston 92 has an upwardly directed, offset, hollow-cylindrical extension 120 for receiving the guide shaft 112 and a joint bearing 122 which can be displaced on the guide shaft. The joint bearing 122 allows the piston 92 to tilt without the piston centering around the guide shaft 112 Position shifts. However, the piston 92 can also be guided by a device which is provided outside the thrust piston device and is located on the device to which the device according to the invention is used.
To hold the membrane 84 on the piston, a flange ring 124 is pressed into the opening of the attachment 120, which holds the membrane between its flange and the piston crown 96. The outer end of the hollow cylindrical piston boss 120 serves to fasten a piston rod 126 for transmitting the movement of the piston to a device (not shown) or for initiating a movement on the piston.
It goes without saying that the tiltability of the piston results in novel application possibilities for the push piston device according to the invention. For example, the spherical plain bearing 122 can perform the function of a connecting rod bearing when used on a crank mechanism. The tiltability of the piston is also advantageous for initiating tilting movements on an adjusting device.