DE3122120C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wegsteller gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Bekannte Wegsteller der im Oberbegriff genannten Art, wie derjenige aus der US-PS 35 56 245, sind über externe anflanschbare, normale Zweiwege-Magnetventile mit entsprechenden Druckquellen verbindbar und ermöglichen eine weitgehend beliebige Steuerung des Steuerdrucks im Steuerdruckraum. Derartige Wegsteller werden beispielsweise im Kraftfahrzeugwesen für eine Leerlauf-Drehzahl­ regelung über eine Drosselklappenbetätigung eingesetzt. Für viele Anwendungsfälle haben jedoch solche Wegsteller unzumutbare zeit­ liche Verzögerungen infolge zu großer Leitungslängen zwischen den Ventilsitzen sowie dem Steuerdruckraum der Membrandose, ferner zu kleine Stellgeschwindig­ keiten und ein zu geringes dynamisches Auflösungsvermögen. Für ge­ naue Steuerungs- sowie Regelungsaufgaben sind schnell, genau und auch auf geringste Druckänderungen ansprechende Wegsteller erfor­ derlich.

Weitere Nachteile des Wegsteller aus der US-PS 35 56 245 bestehen darin, daß nur Zugkräfte ausgeübt werden können und daß keine exakte Membranführung vorliegt, so daß die Membran seitlich ausweichen kann, was wiederum zu Fehlern eines angebauten Oszillator-Stellungsmelder führt.

Die DE-OS 29 26 996 beschreibt einen Unterdruck-Stellantrieb mit einer Membrandose und einer elektromagnetischen Ventil­ anordnung, die zwei von einem einzigen Elektromagneten entge­ gengesetzt bewegbare Ventile aufweist, deren Position stets voneinander abhängen. Die Ventilanordnung ist als gesondertes Glied an die Membrandose anflanschbar und bedingt unvermeidbar große Leitungswege. Ein bestimmter Druck läßt sich nur durch ständiges Hin- und Herschalten der Ventile aufrechterhalten. Außerdem können nur Zugkräfte ausgeübt werden, und es liegt keine exakte Membranführung vor. Ein Stellungsmelder fehlt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wegsteller der im Oberbegriff genannten Art mit möglichst einfa­ chen Maßnahmen so auszubilden, daß er schneller anspricht, keine maßgeblichen Leitungsverluste hat und eine größere dynamische Auf­ lösung ermöglicht.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Wegsteller der im Oberbegriff genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kenn­ zeichen von Patentanspruch 1 genannten Merkmale aus. Ein solcher Wegsteller kann mit einem ausgesprochen schnellen Ansprechverhalten ausgebildet werden, da Verbindungsleitungen zwischen der Membrandose sowie den sehr massearmen Klappankerventilen entfallen und durch die körperliche Integration eine enge Bauform mit geringsten Leerräumen und hermetischer Schutz der Ventile erzielbar ist. Dadurch lassen sich zeit­ liche Ansprechverzögerungen weitgehend vermeiden. Dieses führt in Verbindung mit dem die mechanische Führung betreffenden weiteren Merkmal dazu, daß ein ausgesprochen günstiges dynamisches Auflö­ sungsvermögen erhalten wird. Bereits sehr kurzzeitige, kleinste Ansteuerungs- bzw. Drucksignale führen zu praktisch sofort einset­ zenden kleinen Auslenkungen des Wegstellers. Außerdem lassen sich durch die kompakte Bauform große Stellgeschwindigkeiten erzielen. Diese Vorteile ermöglichen es, daß der erfindungsgemäße Wegsteller auch bei komplizierten Steuerungs- sowie Regelungsaufgaben einge­ setzt werden kann, die bisher durch bekannte Wegsteller infolge ihrer Trägheit, ihrer Ungenauigkeit und ihres hysteresebedingten, kleinstmöglichen Hubschrittes nicht gelöst werden konnten.

Die Weiterbildung von Patentanspruch 2 führt zu einer besonders günstigen Herstellbarkeit und Funktionsfähigkeit.

Da bei der Weiterbildung von Patentanspruch 3 der Klappanker einerseits den magnetischen Fluß leitet und andererseits das Ventilverschlußglied trägt, also nicht über ein Gestänge hierauf einwirkt, ergibt sich eine sehr kompakte sowie robuste Bauform, die schnell anspricht und kaum zu Schwingungen neigt.

Eine weitere Ausgestaltung ergibt sich aus Patentanspruch 4. Da die Ventilfeder in Ventil­ schließrichtung vorspannt, ist im stromlosen Zustand ein Schließ­ en der Ventile gewährleistet. Demnach kann der augenblicklich vorliegende Signalzustand bei Stromausfall aufrecht erhalten wer­ den, da dann der gesamte Steuerdruckraum nach außen vollständig abgedichtet wird. Zum Begrenzen des Minimalabstandes zwischen den erwähnten ferromagnetischen Bereichen lassen sich verschiedenar­ tige Mittel verwenden, beispielsweise im gegenseitigen Berührungs­ bereich befindliche Noppen oder Überzüge am Klappanker und/oder Kern wie auch außerhalb angeordnete Bewegungsanschläge. Diese Mit­ tel sorgen dafür, daß zwischen den einander zugekehrten ferromag­ netischen Bereichen stets ein definierter minimaler Spalt ver­ bleibt, wodurch das Auftreten eines Hystereseverhaltens vermieden wird, was für eine exakte Steuerung bzw. Regelung erforderlich ist.

Bei der Weiterbildung von Patentanspruch 5 läßt sich eine Massenreduzierung erzielen, da nur der vom Magnetfluß erfaßte Bereich hierfür ausreichend bemessen sein muß, während die Ausbil­ dung des übrigen Bereiches nur an der erforderlichen mechanischen Festigkeit auszurichten ist. Eine solche Massenreduzierung des Klappankers, also eines bewegten Teils, führt zu kleineren Steuer­ leistungen und einem schnelleren Ansprechverhalten.

Bei den Weiterbildungen der Patentansprüche 6 und 7, sorgt der gegenüberliegende Bügel für eine Abstützung der Ventilfeder, die somit ein Teil der Ventilanordnung ist und von dieser getragen wird. Die zum Ventilverschlußglied konzentri­ sche Anordnung der Ventilfeder ermöglicht eine besonders baugün­ stige kompakte Bauform. Eine Mehrfachausnutzung des Bügels liegt dann vor, wenn dieser außerdem einen zusätzlichen magnetischen Rückschluß für das Magnetventil bildet. In diesem Fall kann der Magnetflußquerschnitt des eigentlichen Rückschlußbügels etwas kleiner bemessen werden.

Durch die Halter gemäß der Weiterbildung von Patentanspruch 8 läßt sich ein einwandfreier Betrieb des Wegstel­ lers auch dann gewährleisten, wenn dieser betriebsbedingten Schwin­ gungen unterworfen ist. Bei der Weiterbildung von Patentanspruch 9 läßt sich das Spreizelement, das bei­ spielsweise in Form einer Sperrscheibe ausgebildet sein kann, leicht sowie schnell einsetzen und wieder herausnehmen. Zum Festlegen der Klappankerventile ermöglicht bei der Weiterbildung von Patent­ anspruch 10 der Rändelknopf eine Fixierung der daran festzulegenden Teile in dem jeweils erwünschten Bereich, indem die Teile mehr oder weniger weit auf den Rändelkopf aufgepreßt werden. Dadurch ist eine Justierung der Einzelteile des Ventils untereinander und der Lage des Ventils in der jeweiligen Aufnahmetasche gewährleistet.

Bei der Weiterbildung von Patentanspruch 11 erfolgt ein ständiges Abtasten der Stellung der Membran und damit der Membranstange im Inneren der Membrandose. Die jeweilige Stellung wird als Spannungsgröße mit­ tels der Kontaktfeder reibungsarm von der Widerstandsbahn abge­ nommen. Gemäß der Weiterbildung von Patentanspruch 12 erfolgt die Rück­ meldung der jeweiligen Spannungs- bzw. Widerstandsgröße ebenfalls reibungsarm mittels der jeweiligen Kontaktfeder über die Kollek­ torbahn, so daß empfindliche bewegte Drahtverbindungen vermieden werden. Die Prismenführung der Weiterbildung von Patentanspruch 13 führt dazu, daß der Schleiferblock mit seinen Kontaktfedern ständig einen einwandfreien elektrischen Kontakt gewährleistet.

Bei der Weiterbildung von Patentanspruch 14 läßt sich der Stellungsmelder in einer sehr einfachen Weise in die Membrandose integrieren und in dieser vor äußeren Einflüs­ sen schützen, was im Hinblick auf einen sicheren und genauen Be­ trieb äußerst wichtig ist, da auch sehr kleine Hubschritte ein­ wandfrei erfaßt werden müssen.

Die Weiterbildungen der Patentansprüche 15 und 16 ermöglichen es, daß der Stößel des Stellungsmelders der Membran bereits bei kleinsten Auslenkungen sicher folgt.

Die Weiterbildung von Patentanspruch 17 verhindert, daß über eine undichte Stößel-Führung ein zeitlich verzögerter Strömungsaustausch zwi­ schen dem Steuerdruckraum und der zentralen Aufnahmetasche erfol­ gt, woraus sich ein fehlerhaftes Betriebsverhalten bezüglich der Membranbewegung und die Gefahr ergäben, daß Staubteilchen in und durch den undichten Bereich zwischen der Stößel-Führung sowie dem Stößel gelangen. Die bewußt ausgebildete Strömungsverbindung ver­ hindert dagegen einen derartigen zeitlich verzögerten Strömungs­ austausch und die damit verbundenen betrieblichen Nachteile.

Die Weiterbildung von Patentanpruch 18 ermöglicht eine Signalhaltung bei Strom­ ausfall. Demnach wird die Membranstange bei Stromausfall zumindest über eine gewisse Zeit in der Stellung gehalten, die vor Eintritt des Stromausfalls vorlag. Stattdessen kann bei der Weiterbildung von Patentanspruch 19 der Steuerdruckraum im stromlosen Zustand belüftet werden, um hierdurch die Membranstange aus einem Wirkungseingriff herauszunehmen. Je nach Anwendungsfall kann sich die eine oder an­ dere Ausführungsvariante als zweckmäßig erweisen.

Bei der Weiterbildung von Patentanspruch 20 soll die Abdichtung, die rei­ bungsarm sein muß, Verunreinigungen, wie Schmutz- und Staub­ teilchen, von der Membranstangen-Führung abhalten, damit deren Gleiteigenschaften nicht gestört werden, da anderenfalls während des Betriebes eine Verschlechterung der kleinstmöglichen Hub­ schritte und damit der dynamischen Auflösung auftreten würde.

Durch die Weiterbildung von Patentanspruch 21, ergibt sich ein einfacher, übersichtlicher, leicht herstellbarer und einfach zu montierender bzw. auseinanderzunehmender Aufbau. Einer einfachen Herstellbarkeit und Montage dient die Weiterbildung von Patentanspruch 22. Das Kunststoff-Gehäuseoberteil kann in sehr einfacher Weise, beispiels­ weise durch Spritzguß, mit den notwendigen Aufnahmetaschen ausge­ bildet werden, ohne daß irgendwelche Gewichtsprobleme entstehen.

Der erfindungsgemäße Wegsteller ist vielseitig einsetzbar und kann pneumatisch oder hydraulisch betrieben werden. Eine besonders be­ vorzugte Verwendung eines pneumatisch arbeitenden Wegstellers der genannten Art ist eine solche zur Betätigung eines Drosselorgans oder Bypassventils an den Vergasern oder Einspritzanlagen in Abhängig­ keit von elektrischen Steuersignalen. Dabei kann der Wegsteller beispielsweise zur Realisierung eines elektronischen Gaspedals und/oder zur Leerlaufdrehzahl-Regelung benutzt werden. Er ermög­ licht auch bei robustem, schwingungsbeaufschlagtem Einsatz eine betriebssichere Funktion mit schnellem Ansprechverhalten und großem dynamischen Auflösungsvermögen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigt

Fig. 1 - einen Wegsteller nach der vorliegenden Erfindung in einem schematischen Längsschnitt, unter anderem längs der Linie I-I aus Fig. 3,

Fig. 2 - ein elektromagnetisches Ventil des Wegstellers aus Fig. 1 in einem Schnitt längs der Linie II-II aus Fig. 1 und

Fig. 3 - einen Stellungsmelder des Wegstellers aus Fig. 1 in einem Schnitt längs der Linie III-IIII aus Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Wegsteller besitzt eine Membrandose mit einem aus Kunststoff bestehenden Gehäuseoberteil 10 und einem aus Metall bestehenden Gehäuseunterteil 12. Das letztere ist mit­ tels einer Umbördelung 14 an dem Gehäuseoberteil 10 festgelegt. Im gegenseitigen Verbindungsbereich des Gehäuseoberteils 10 und des Gehäuseunterteils 12 ist zwischen diesen der äußere Rand einer Membran 16 eingespannt, die den Innenraum der Membrandose in einen über eine Belüftung B ständig belüfteten Membranraum M und einen mit variablem Steuerdruck zu beaufschlagenden Steuerdruckraum S unterteilt.

Die Membran 16 ist bis auf ihren äußeren Umfangsbereich mit einem stabilisierenden Membrantopf 18 und einer zentralen Membranstange 20 verbunden. Die letztere ist durch eine hülsenförmige Membran­ stangenführung 22, die von einem an der Membrandose festgelegten Führungshalter 24 gehalten wird, nach außen geführt. Die Membran­ stangenführung 22 ist dergestalt, daß ein geringer Unterschied zwischen der Haft- und der Gleitreibung auftritt, wozu beispiels­ weise eine Membranstangenführung 22 auf Polytetrafluoräthylen-Ba­ sis benutzt wird. Eine die Membranstange 20 umgebende äußere Mem­ branfeder 26 ist zwischen dem Gehäuseunterteil 12 und einem nicht näher bezeichneten, an der Membranstange 20 befestigten Anlage­ teller eingespannt. Die Membranfeder 26 spannt die Membran 16 und die damit verbundene Membranstange 20 in der in Fig. 1 darge­ stellten Richtung vor, so daß im Belüftungszustand des Steuerdruck­ raums S ein an der Membran 16 festgelegter Teller 28 am Gehäuseun­ terteil 12 zur Anlage kommt. Diese Stellung entspricht einem defi­ nierten Ruhezustand, der über allgemein mit 30 bezeichnete An­ schlußteile der Membranstange 20 auf ein anzutreibendes Glied, wie eine Drosselklappe oder dergleichen, übertragen werden kann, wenn die Membrandose über äußere Anschlußbolzen 32 des Gehäuseunterteils 12 in geeigneter Weise angeschlossen ist.

Wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist, befinden sich zwei elektromag­ netische Klappanker-Ventile 34, 36 in Aufnahmetaschen 38, 40, die außermittig nebeneinanderliegend in dem Gehäuseoberteil 10 ausgebildet sind. Zwei in diametrale Querrichtungen weisende Strömungsanschlüsse 42, 44 sind mit den Aufnahmetaschen 38, 40 verbunden.

Ein zentraler Stellunsmelder 46 sitzt in einer zentralen Aufnah­ metasche 48, die sich zwischen den bereits erwähnten Aufnahmeta­ schen 38, 40 befindet. Die Zugänge aller Aufnahmetaschen 38, 40, 48 befinden sich an dem zur Membranstange 20 entgegengesetzten Ende der Membrandose und sind durch einen gemeinsamen Verschluß­ deckel 50 untereinander sowie nach außen hermetisch abdichtbar. Dieser Verschlußdeckel 50 kann ebenfalls aus Kunststoff bestehen und durch Ultraschallschweißung oder Klebung an dem Gehäuseober­ teil 10 festlegbar sein.

Zum Stellungsmelder 46 in der zentralen Aufnahmetasche 48 gehören ein aus dieser in den Steuerdruckraum S ragender Stößel 52 und eine diesen in Anlagekontakt mit der Membran 16 bzw. einem hier­ von getragenen Teil drückende Feder 54, was im Zusammenhang mit Fig. 3 noch näher erläutert wird.

Wie es aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, besitzt jedes elektromagnetische Klappanker-Ventil 34 bzw. 36 eine auf einem nicht be­ zeichneten Spulenkörper angeordnete elektrische Spule 56 mit einem inneren Kern 58. Dieser steht an einem Ende mit einem nicht be­ zeichneten Kernpolstück und am anderen Ende mit einem Rändelkopf 60 aus dem Spulenkörper vor. Ein bandförmiger Rückschlußbügel 62, der im vorliegenden Fall mit einem entsprechend bandförmigen, dia­ metralen Bügel 64 verbunden ist, ist auf den Rändelkopf 60 aufge­ preßt und umgibt die Spule 56 bis zu deren zum Rändelkopf 60 ent­ gegengesetzten Stirnseite. Außerdem ist auf den Rändelkopf 60 ein federnder bandförmiger Halter 66 aufgepreßt, das das zuge­ hörige elektromagnetische Ventil durch elastisches Verkrallen in der entsprechenden Aufnahmetasche festlegt, wie es aus Fig. 1 er­ sichtlich ist. Demnach kann das elektromagnetische Ventil so weit in die Aufnahmetasche eingedrückt werden, bis Distanznoppen D am Boden der Aufnahmetasche zur Anlage kommen. Der Halter 66 verhindert dann ein ungewolltes Verrutschen des Ventils in der Aufnahmetasche, und zwar auch unter Berücksichtigung der im Be­ trieb auftretenden Schwingungen.

Über die das erwähnte Kernpolstück aufweisende Stirnseite der Spu­ le 56 erstreckt sich ein leistenförmiger Klappanker 68, der an seinem einen Ende mittels einer federnden Schwenklagerstelle 70 gegen das Ende des Rückschlußbügels 62 gedrückt wird. Der Anpreß­ druck ist ausreichend groß, so daß auch unter Berücksichtigung von Betriebsschwingungen eine ständige Anlage des Klappankers 68 am Rückschlußbügel 62 und damit ein ausreichender Magnetflußquer­ schnitt gewährleistet sind. Zwischen den ferromagnetischen Teilen des Kernpolstücks am Kern 58 und des Klappankers 68 befindet sich ein Spalt 72, der entsprechend der Klappankerstellung zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert veränderbar ist. Der Minimalwert stellt sicher, daß kein ausgesprochenes Hystereseverhalten auf­ tritt und demnach der Unterschied zwischen der Anzug- und Abfall­ erregung möglichst klein wird. Dieser minimale Spalt 72 wird bei­ spielsweise mittels Noppen oder Überzüge am Ankerpolstück bzw. am Klappanker erzielt. Grundsätzlich können für diesen Zweck auch externe Bewegungsbegrenzungsanschläge vorgesehen werden.

Der Klappanker 68 hat eine über das Ankerpolstück bzw. den Spalt 72 hinausgehende Klappankerverlängerung 74, die an ihrem Ende ein Ventilverschlußglied 76 trägt. Dieses ist einem stationären, einen Strömungsdurchgang zum Steuerdruckraum S umgebenden Ventilsitz 78 am Boden der zugehörigen Aufnahmetasche zugeordnet. Eine zum Ven­ tilverschlußglied 76 konzentrische Ventilfeder 80 ist zwischen einem Widerlager 82 des Bügels 64 und der Rückseite der Klappan­ kerverlängerung 74 eingespannt, um das Ventilverschlußglied 76 im stromlosen Zustand der Spule 56 abdichtend auf den Ventilsitz 78 zu drücken. Eine Nase 84 des Bügels 64 sorgt für eine zentrierende Halterung der Ventilfeder 80. Wenn die Spule 56 von Strom durch­ flossen wird, wird der Klappanker 68 gegen die Wirkung der Ventil­ feder 80 magnetisch angezogen, wobei der Spalt 72 verkleinert und der Strömungsdurchgang im Bereich des Ventilsitzes 78 freigegeben werden. Somit kann der Steuerdruck im Steuerdruckraum S durch ent­ sprechendes Betätigen der elektromagnetischen Klappanker-Ventile 34 bzw. 36 bedarfsabhängig verändert werden.

Gemäß Fig. 3 besitzt der Stellungsmelder 46 einen verschiebbaren Schleiferblock 86, der mittels einer Prismenführung 88 in Längs­ richtung des Stößels 52 bzw. der Membranstange 20 geführt und an einem Verdrehen gehindert ist. Der Schleiferblock 86 trägt zwei miteinander elektrisch verbundene Kontaktfedern 90 und 92. Die Kontaktfeder 90 schleift auf einer in Bewegungslängsrichtung des Wegstellers verlaufenden Widerstandsbahn 94, deren beide Enden in nicht näher dargestellter Weise an eine ebenfalls nicht dargestell­ te äußere Spannungsquelle angeschlossen sind. Es ist lediglich im Zusammenhang mit dem einen Ende der Widerstandsbahn 94 dargestellt, daß diese über eine elektrische Verbindung 98 an einen steckerför­ migen elektrischen Anschluß 100 an einen Anschluß (Steckerleiste) 102 angeschlos­ sen sein kann, die sich an einer Seite des Gehäuseoberteils 10 be­ findet. Das andere Ende und die übrigen elektrischen Anschlüsse des Wegstellers sind in entsprechender Weise als Bestandteile des Anschlusses 102 ausgebildet. Dieses gilt auch für den elektri­ schen Anschluß einer ebenfalls in Längsrichtung des Wegstellers verlaufenden Kollektorbahn 96, auf der die andere Kontaktfeder 92 des Schleiferblocks 86 schleift. Somit kann die Stellung des Schleiferblocks 86, die mittels des Stößels 52 und der Feder 54 stets der Stellung der Membran 16 bzw. der Membranstange 20 ent­ spricht, als elektrisches Spannungs- bzw. Widerstandssignal von der Widerstandsbahn 94 abgenommen und über die leitende Kollektor­ bahn 96 sowie den Anschluß 102 nach außen geführt werden.

Der Stößel 52 des Stellungsmelders 46 ragt durch eine hülsenförmi­ ge Stößel-Führung 104 in den Steuerdruckraum S. Diese Stößel-Füh­ rung 104 hat ebenfalls vorzugsweise einen möglichst kleinen Unter­ schied zwischen der Haft- und der Gleitreibung, damit eine exakte Stellungsmeldung erfolgen kann. Auch in diesem Zusammenhang eignet sich eine Führungshülse auf Polytetrafluoräthylen-Basis. Unter Ab­ stand von der Stößel-Führung 104 sollte eine Strömungsverbindung 106 zwischen der Aufnahmetasche 48 und dem Steuerdruckraum S vor­ gesehen sein, damit kein zeitlich verzögerter Strömungsaustausch zwischen diesen Kammern stattfinden kann. Anderenfalls würde ein solcher Strömungsaustausch die Bewegung der Membran 16 beeinflus­ sen und überdies dazu führen, daß Staubteilchen durch undichte Be­ reiche der Stößel-Führung 104 gelangen und deren Gleiteigenschaf­ ten beeinträchtigen. Die Feder 54 sollte einerseits so schwach sein, daß sie die druckbedingte Stellung der Membran 16 nicht be­ einflußt, und andererseits so stark sein, daß auch unter Berück­ sichtigung der im Betrieb auftretenden Schwingungen eine ständige Anlage des Stößels 52 an der Membran 16 gewährleistet ist.

Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der Anschluß 102 sieben elektrische Anschlüsse 100 aufweisen, nämlich jeweils zwei Anschlüsse für die elektromagnetischen Klappanker-Ventile 34, 36 und drei An­ schlüsse für den Stellungsmelder 46, wovon zwei Anschlüsse zur Spannungsversorgung der Widerstandsbahn 94 und ein Anschluß zur Signalabnahme von der Kollektorbahn 96 dienen.

Wenn es erwünscht ist, kann ein nicht dargestellter Lageregler zu­ sammen mit dem Stellungsmelder 46 in die Aufnahmetasche 48 einge­ baut und außen über die Anschlüsse 102 oder intern mit den elek­ tromagnetischen Ventilen verbunden werden. Im letztgenannten Fall würde der äußere Anschluß der Kollektorbahn 96 entfallen und statt­ dessen ein Lageregler-Anschluß für die Sollwerteingabe vorhanden sein.

Der Wegsteller nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Er­ zeugen großer Stellkräfte bei niedrigem Gesamtgewicht und unter Einsatz einer minimalen elektrischen Steuerungsenergie, so daß der Wegsteller in sehr vorteilhafter Weise mittels einer leistungsar­ men Elektronik angesteuert werden kann. Der Wegsteller hat ein ausgesprochen großes dynamisches Auflösungsvermögen und ein sehr schnelles Ansprechverhalten, so daß auch kleinste, schnelle Sig­ naländerungen unverzüglich in entsprechende Hubschritte umgesetzt werden. Durch die Integration der einzelnen Bauteile in die Mem­ brandose lassen sich strömungsbedingte Leitungsverluste und ein nachteiliges größeres Totvolumen vermeiden. Die Einzelteile des Wegstellers sind schwingungsstabil gehalten, so daß sich auch bei einem Einsatz beispielsweise im Kraftfahrzeugwesen sehr exakte Hubschritte für Steuerungs- oder Regelungsaufgaben erzielen lassen.

Somit ist es möglich, bisher benutzte elektrische Stellglieder, wie Schrittmotoren oder Gleichstrommotoren mit entsprechenden Ge­ triebeübersetzungen, durch einen Wegsteller der erfindungsgemäßen Art zu ersetzen, um beispielsweise Drosselorgane, Bypassventile und dergleichen sehr exakt in Abhängigkeit von beliebigen Größen zu steuern oder zu regeln.

Claims (22)

1. Wegsteller mit einer Membrandose, deren Innenraum durch eine Membran, die mit einem unter Federvorspannung stehenden Mem­ branglied verbunden ist, in einen belüfteten Membranraum und einen mit variablem Steuerdruck zu beaufschlagenden Steuer­ druckraum unterteilt ist, ferner mit zwei an den Steuerdruck­ raum strömungsmäßig angeschlossenen elektromagnetischen Ven­ tilen zum wahlweisen Belüften und/oder Erzeugen eines der Fe­ dervorspannung der Membran entgegenwirkenden Steuerdrucks im Steuerdruckraum, und mit einem mit der Membran mechanisch ge­ koppelten elektromechanischen Stellungsmelder, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß die Ventile als Klappanker-Ventile (34, 36) ausgebil­ det sind,
• b) daß die Klappanker-Ventile in zwei getrennten, abgedichte­ ten Aufnahmetaschen der Membrandose angeordnet sind, die je einen äußeren Strömungsanschluß (42, 44) und einen di­ rekt zum Steuerdruckraum (S) führenden Strömungsdurchgang aufweisen, der einen stationären Ventilsitz (78) für ein bewegliches Ventilverschlußglied (76) des zugehörigen Klappanker-Ventils bildet.
• c) daß der Stellungsmelder in die Membrandose integriert ist und
• d) daß das Membranglied eine Membranstange (20) ist, deren me­ chanische Führung (22) auf Polytetrafluoräthylen-Basis be­ steht, um einen möglichst kleinen Unterschied zwischen der Haft- und der Gleitreibung aufzuweisen.

2. Wegsteller nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit Po­ lytetrafluoräthylen beschichtete oder aus mit Polytetrafluor­ äthylen gefülltem Sintermaterial bestehende Führungsbuchse als Membranstangen-Führung (22).

3. Wegsteller nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Klappanker-Ventile (34, 36) mit je einer elektromagnetischen Spule (56), der ein inne­ rer Kern (58) sowie ein äußerer Rückschlußbügel (62) zugeord­ net ist, und mit einem unter Federvorspannung stehenden, ein bewegliches Ventilverschlußglied (76) des zugehörigen Ventils tragenden und einen Teil des magnetischen Rückschlusses bilden­ den Klappanker (68) an einer Stirnseite der Spule.

4. Wegsteller nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen an sei­ nem einen Ende unter schwingungsstabil federnder Anlage am Rückschlußbügel (62) schwenkbar gelagerten Klappanker (68), der an seinem anderen Ende das einem stationären Ventilsitz (78) zugeordnete Ventilverschlußglied (76) trägt sowie von einer Ventilfeder (80) schwingungsstabil in Ventilschließrich­ tung vorgespannt ist, und durch Mittel zum Begrenzen eines Mi­ nimalabstandes zwischen einander zugekehrten ferromagnetischen Bereichen des Klappankers (68) und des Kerns (58).

5. Wegsteller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Klappanker (68) im Bereich zwischen dem Rückschlußbügel (62) sowie dem Kern (58) mit einem ausreichend großen Magnetfluß­ querschnitt und in seinem daran angrenzenden Bereich bis zum Ventilverschlußglied (76) bzw. zur Ventilfeder (80) mit einer für die Kraftübertragung ausreichend großen Festigkeit ausge­ bildet ist.

6. Wegsteller nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen dem Rückschlußbügel (62) diametral gegenüberliegenden Bügel (64) mit einem Widerlager (82) für die zum Ventilverschluß­ glied (76) konzentrische und als Druckfeder ausgebildete Ven­ tilfeder (80).

7. Wegsteller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der diametral gegenüberliegende Bügel (64) einen zusätzlichen magnetischen Rückschluß bildet.

8. Wegsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die elek­ tromagnetischen Klappanker-Ventile (34, 36) schwingungsstabil in den Aufnahmetaschen (38, 40) fixierende Halter (66).

9. Wegsteller nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß je­ der Halter (66) als sich in der Aufnahmetasche (38, 40) ela­ stisch verkrallendes, federndes Spreizelement ausgebildet ist.

10. Wegsteller nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen an dem zum Klappanker (68) entgegengesetzen Ende des Kerns (58) vorstehenden Rändelkopf (60), auf den der Rückschlußbügel (62) sowie der hiermit zusammenhängend ausgebildete gegenüberlie­ gende Bügel (64) einerseits und den federnden Halter (66) andererseits aufgepreßt sind.

11. Wegsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen als Spannungsteiler ausgebildeten Stellungsmelder (46) mit einem in Membranbewegungsrichtung geführten Schleiferblock (86), von dem eine elastische Kontaktfeder (90) an einer elektrisch versorgten Widerstandsbahn (94) schleift und dessen Stößel (52) mittels einer relativ weichen Feder (54) schwingungssta­ bil in Anlagekontakt an der Membran (16) gehalten wird.

12. Wegsteller nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Schleiferblock (86) mit zwei untereinander elektrisch verbun­ denen Kontaktfedern (90, 92), von denen eine auf der Wider­ standsbahn (94) und die andere auf einer elektrisch leitenden Kollektorbahn (96) schleifen.

13. Wegsteller nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine drehsichernde Prismenführung (88) für den Schleifer­ block (86) am Membrandosengehäuse.

14. Wegsteller nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellungsmelder (46) in einer nach außen abgedichteten zentralen Aufnahmetasche (48) der Membrandose angeordnet ist.

15. Wegsteller nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine auf Polytetrafluoräthylen-Basis bestehende Stößel- Führung (104), um einen möglichst kleinen Unterschied zwischen der Haft- und der Gleitreibung aufzuweisen.

16. Wegsteller nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Stößel- Führungsbuchse mit in deren poröse Oberfläche eingelagertem Polytetrafluoräthylen-Gleitmittel.

17. Wegsteller nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch eine unter Abstand von der Stößel-Führung (104) angeordnete Strömungsverbindung (106) zwischen der zen­ tralen Aufnahmetasche (48) und dem Steuerdruckraum (S).

18. Wegsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch im stromlosen Zustand geschlossene elek­ tromagnetische Klappanker-Ventile (34, 36).

19. Wegsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch ein im stromlosen Zustand geschlossenes und ein im stromlosen Zustand offenes elektromagnetisches Ventil.

20. Wegsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch eine äußere Abdichtung der Membranstan­ gen-Führung (22), wie einen Dichtbalg oder eine Filz-Gleit­ dichtung.

21. Wegsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 20, mit einem Gehäuseober­ teil und einem hieran festlegbaren Gehäuseunterteil, zwischen denen der äußere Rand der Membran eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseoberteil (10) alle Aufnahmetaschen (38, 40, 48), Strömungsanschlüsse (42, 44) sowie elektrischen An­ schlüsse (100, 102) und das Gehäuseunterteil (12) die Membran­ stangen-Führung (22) tragen.

22. Wegsteller nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch ein Gehäuse­ oberteil (10) aus Kunststoff und durch ein hieran durch Umbör­ deln festlegbares Gehäuseunterteil (12) aus Metall.