DE3740159A1 - Stellantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Stellantriebe dieser Art sind aus der Praxis, insbesondere aus dem Kraftfahrzeugbau, bekannt und werden vor allem zum Stellen von Verriegelungsorganen, beispielsweise Türverrie­ gelungen, Sitzverriegelungen oder Tankklappenverriegelungen verwendet. Die bekannten Stellantriebe werden entweder nur mit Unterdruck oder sowohl mit Unterdruck als auch mit Über­ druck beaufschlagt, wobei als Arbeitsfluid Luft dient. Stell­ antriebe, die sowohl mit Unterdruck als auch mit Überdruck beaufschlagt werden, werden in der Praxis kurz als "Bidruck­ elemente" bezeichnet. Üblicherweise werden solche Bidruck­ elemente mit Druckdifferenzen um -0,5 bar bzw. +0,5 bar be­ trieben. In jüngerer Zeit wird jedoch der Wunsch laut, pneu­ matische Stellantriebe der hier in Rede stehenden Art mit größeren Stelleistungen zur Verfügung zu stellen. In diesem Rahmen sollen Überdrücke des Arbeitsfluids von mindestens 2 bis 3 bar beherrschbar sein. unter diesen Bedingungen ver­ sagen jedoch die bekannten Rollmembranen, die als einfache Tellermembran mit Rollfalte ausgebildet sind, da diese be­ kannten Rollmembranen unter Drücken dieser Größenordnung in unkontrollierter Weise durchschlagen und Falten werfen und nicht selten bereits nach wenigen Arbeitstakten einreißen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stellantrieb der eingangs genann­ ten Art dahingehend zu verbessern, daß auch bei Betrieb mit Druckdifferenzen meist Überdruckdifferenzen von über 2 bar die für die Praxis erforderliche lange Standzeit des Stellan­ triebs gewährleistet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist ein Stellantrieb der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale auf.

Der Grundgedanke der Erfindung beruht also darauf, einen Membran-Stellantrieb funktions-prinzipiell dadurch auch zur Beaufschlagung mit höheren Antriebsdrücken tauglich zu machen, daß die in herkömmlichen Antrieben verwendete Tellerfeder mit Rollfalte durch einen über den Arbeitshub abrollfähigen Membranschlauchring ersetzt wird, der sowohl in üblicher Weise fest mit dem Gehäuse als auch mit der Arbeitsplatte des Stellantriebs verbunden ist und in dem Ringspalt zwischen der Innenwand des Gehäuses und der Außenwand einer hohen Zarge abrollt, die sich axial zu beiden Seiten der Hauptebene der Arbeitsplatte des Antriebs erstreckt. Dabei bleibt die Roll­ membran über die gesamte Hubhöhe des Stellantriebs zumindest im wesentlichen vollständig in diesem Ringspalt gehalten. Dabei ist mit "zumindest im wesentlichen" gemeint, daß in zu­ mindest einer der beiden Endstellungen der Arbeitsplatte die Rollfalte mit ihrem Scheitel durchaus geringfügig über den Rand der an der Arbeitsplatte 8 angebrachten Zarge über­ stehen kann, ohne daß dadurch die Funktionstauglichkeit oder die Standzeit des Stellantriebs beeinträchtigt wird. Eine Beeinträchtigung der Funktionstauglichkeit ebenso wie insbe­ sondere der Betriebsstandzeit erfolgt dagegen dann, wenn der Rand der Zarge der Arbeitsplatte axial so niedrig ist, daß sich die Rollmembran über diesen Rand hinweg nach radial innen umfalten kann. Unter diesen Umständen treten Kniffbildungen in der Rollmembran auf, die zum Ausfall der Membran führen.

Fabrikationsseitig wird in dem geschlossenen Schlauchring der Rollmembran in der Regel ein Luftdruck eingestellt, der im Bereich des Atmosphärendrucks liegt. Der Innenraum der als Ringschlauch ausgebildeten Rollmembran kann jedoch ohne weiteres auch ein unter höhrerem Druck stehendes Gas oder eine hydraulische Flüssigkeit enthalten, wobei solche Einstellungen nach Maßgabe der vom jeweiligen Anwendungs­ fall geforderten Parameter erfolgen kann.

Vorzugsweise ist jedoch der Innenraum der Rollmembran ins­ besondere bei Beaufschlagung des Stellantriebs alternierend mit einem unter Überdruck und unter Unterdruck stehenden Arbeitsfluid nach Maßgabe und unter Steuerung durch die Betriebsweise des Antriebs belüftbar oder durch Eindrücken des Arbeitsfluids, in aller Regel Luft, auf einen erhöhten Innendruck bringbar, so daß die zum Druckbehälter weisenden Rollmembranbereiche praktisch differenzdrucklos gehalten werden.

Der Stellantrieb gemäß der Erfindung besteht vorzugsweise aus Kunststoff. Bei Verwendung von Kunststoff als Werkstoff wird insbesondere die Arbeitsplatte der Rollmembran vor­ teilhafterweise mehrteilig, insbesondere dreiteilig ausge­ führt, und zwar in der Weise, daß eine kappenseitige Arbeits­ teilplatte und eine druckkammerseitige Arbeitsteilplatte durch eine zumindest im wesentlichen ringförmige Teilplatte mitein­ ander verbunden sind. Die arbeitsseitige Teilplatte enthält eine Bohrung, die den Hohlraum in der Arbeitsplatte mit der Arbeitskammer im Druckbehälter verbindet. Gleichzeitig weist die Zwischenplatte mindestens eine radiale Bohrung auf, die den in der Arbeitsplatte ausgebildeten Hohlraum, der als Ventilkammer dient, mit dem Inneren der Rollmembran verbindet. Die Rollmembran selbst ist dabei so ausgestaltet, daß sie zwischen der Zwischenplatte und einer der beiden Arbeitsteilplatten hindurch einstückig in die in der Ar­ beitsplatte ausgebildete Ventilkammer eingeführt ist und sich durch die Ventilkammer in Form einer Membran er­ streckt, welche bei Nichtbeaufschlagung durch das Arbeits­ fluid und somit im "drucklosen Zustand" aufgrund der ihr eigenen Schließkraft die Verbindungsbohrung zum Innenraum der Rollmembran und/oder die Verbindungsbohrung zur Ar­ beitskammer verschließt, so daß letztere vom Innenraum der Rollmembran getrennt ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert Es zeigen:

Fig. 1 in Schmalseitensicht, teilweise im Schnitt, einen stadionförmigen Stellantrieb gemäß der Erfindung;

Fig. 2 das in Fig. 1 gezeigte Ausführungs­ beispiel in Draufsicht von oben; und

Fig. 3 das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Ausführungsbeispiel in der in Fig. 1 gezeigten Darstellungsweise, jedoch um 90° gedreht.

Bei dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht das zweiteilige Gehäuse 1 aus einer Kappe 2 und einem Druckbehälter 3, die durch eine hermetisch fluiddicht eingefügte Rollmembran 4 voneinander getrennt sind. An die Rollmembran ist nach radial auswärts vorspringend ein Dichtring 5 angeformt, der dichtend in die Stoßfuge zwischen den beiden Gehäuseteilen eingefügt ist.

Aus diese Weise ist im Druckbehälter 3 ein hermetisch arbeits­ fluiddichter Raum definiert, der als Arbeitskammer 6 für den Stellantrieb dient. Über eine Anschlußöffnung 7 kann die Arbeitskammer 6 mit dem Arbeitsfluid, vorzugsweise Luft, beaufschlagt werden und zwar sowohl unter Überdruck als auch unter Unterdruck, wie dies für die sogenannten Bidruckele­ mente typisch ist.

In der in Fig. 1 gezeigten Darstellung des Stellantriebs befindet sich eine zentrale Arbeitsplatte 8 in ihrer tiefsten Stellung. In ihrer höchsten Stellung auf der gegenüberliegenden, unter Bezug auf Fig. 1 obenliegenden Endlage weist die Roll­ membran eine entsprechende Konfiguration auf. Bezogen auf eine Zwischenlage ist der Dichtring 5 etwa in der Mitte der Membran, bezogen auf ihre axiale Ausdehnung, angeordnet. Die schlauchringförmige Rollmembran 4 ist auf der radial innen gegenüberliegenden Ringlinie fluiddicht mit der Ar­ beitsplatte 8 verbunden, speziell in diese eingespannt oder an diese angeformt.

An der Arbeitsplatte ist, in dem hier gezeigten Ausführungs­ beispiel zentral, eine Stellstange 9 angeformt, die auf ein in der Figur nicht dargestelltes Stellorgan, beispielsweise ein Verriegelungselement im Kraftfahrzeugbau, einwirkt.

Die Rollmembran 4 ist als in sich axial und radial geschlosse­ ne Ringschlauchmembran ausgebildet, die zwischen der Innen­ wand 10 des Gehäuses 1 und einer Außenwand 11 einer Zarge 12 abrollt, die sich von der Arbeitsplatte 8 aus und mit dieser einstückig verbunden sowie um deren Rand geschlossen umlaufend in Richtung zur Kappe des Gehäuses und auf der anderen Seite in Richtung zum Boden des Druckbehälters erstreckt.

Über ein Ventil 13 ist der Innenraum 14 in der schlauch­ ringförmigen Rollmembran 4 belüftbar. Die Rollmembran 4 ist mit ihren Seitenwänden 15, 16 vollflächig an der Außenwand 11 der Zarge 12 bzw. an der Innenwand 10 des Gehäuses 1 abgestützt.

Die Arbeitsplatte 8 ist in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungs­ beispiel dreiteilig ausgebildet und besteht aus einer zur Arbeitskammer 6 weisenden Teilplatte 17, einer zur Kappe 2 weisenden oberen Arbeitsteilplatte 19 und einer Zwischenplat­ te 18, die einerseits beide Teilplatten 17, 19 fest miteinander verbindet, gleichzeitig ringsum die Rollmembran fluiddicht und fest einspannt und gleichzeitig in der Arbeitsplatte 8 zwischen den Teilplatten 17, 19 eine Ventilkammer 21 definiert. Diese Ventilkammer 21 ist über eine Belüftungsbohrung 20 belüftbar, die in der Stellstange 9 vorgesehen ist.

Der Innenraum 14 der Rollmembran 4 steht über eine radiale Belüftungsbohrung 22 und über eine Verbindungsbohrung 23 in der dem Druckbehälter zugekehrten Arbeitsteilplatte 17 mit der Arbeitskammer 6 in Verbindung bzw. kommuniziert damit.

Bei Überdruck in der Arbeitskammer 6 wird über die Verbindungs­ bohrung 23 die als Ventilstück 13 dienende Gummimembran gegen den durch die Belüftungsbohrung 20 wirkenden Atmosphären­ druck in der Ventikammer 21 geöffnet bzw. angehoben, so daß der Überdruck über die Belüftungsbohrung 22 in den Innen­ raum 14 der Rollmembran 4 gelangen kann.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Konfiguration steht die Arbeits­ platte 8 in ihrer unteren Endlage. Wenn die Arbeitskammer 6 über die Anschlußöffnung 7 mit einem unter Überdruck stehenden Arbeitsfluid beaufschlagt wird, schließt das Ventil 13 den atmosphärischen Belüftungskanal 20, so daß der Innenraum 14 der Rollmembran 4 mit dem gleichen Überdruck beaufschlagt wird, der auch in der Arbeitskammer 6 des Antriebs wirkt. Dadurch ist der Membranabschnitt 16 zwischen der Arbeitskam­ mer 6 und dem Innenraum 14 der Rollmembran 4 differenzdruck­ los, so daß dieser Rollmembranabschnitt relativ dünnwandig ausgebildet werden kann.

Unter dem in der Arbeitskammer 6 wirkenden Überdruck wird die Arbeitsplatte 8 in Richtung der Kappe 2, unter Bezug auf die Darstellung der Fig. 1 nach oben, verschoben. Dabei wird auch die Stellstange 9 aus der Kappe 2 des Gehäuses 1 herausgeführt und vermag so, ein angekoppeltes Stellorgan zu stellen.

Bei Abfall des Überdrucks in der Arbeitskammer 6 besteht zwischen dieser Arbeitskammer 6 und dem Innenraum 14 der Rollmembran 4 so lange eine Verbindung über die Belüftungs­ bohrung 22 und die Verbindungsbohrung 23, bis daß das Produkt aus Wirkfläche und aktuellem Druck in der Arbeitskammer 6 kleiner als die Schließkraft der Membran bzw. des Ventils 13 wird. Dadurch wird der Innenraum 14 der Hohlmembran 4 auf einen Druckwert gebracht, der abhängig von der Schließkraft der Membran 13 geringfügig über Atmosphärendruck liegt.

Bei Beaufschlagung der Arbeitskammer 6 mit Unterdruck schließt das Ventil 13 die Verbindungsbohrung 23 und somit den Innenraum 14 der Rollmembran 4 ab. Der geringfügig über dem Atmosphärendruck liegende Innendruck im Innen­ raum 14 bleibt erhalten.

Hat somit die Arbeitsplatte 8 ihre obere Endlage erreicht, dann fällt nach Aufheben des an der Anschlußöffnung 7 anliegenden Überdrucks das Ventil 13 von der Öffnung der Be­ lüftungsbohrung 20 ab, wenn der Druck im Innenraum 14 der Rollmembran 4 geringfügig größer ist als der Atmosphären­ druck bzw. der Umgebungsdruck.

Entsprechend andere Ventilsteuerungen sind dabei ohne weiteres nach Maßgabe des Einzelfalles ausbildbar.

Zur Einleitung einer Rückhohlphase bzw. einer Rückstellphase wird an der Anschlußöffnung 7 ein Unterdruck aktiviert, dann verschließt das Ventil 13 die Verbindungsbohrung 23 in der Arbeitsplatte 17 und zieht die Arbeitsplatte 8 mit der Stellstange 9 in Richtung auf den Boden des Druckbe­ hälters 3 zu in das Gehäuse 1 zurück. Der die Arbeitskammer 6 abgrenzende Abschnitt 16 der Rollmembran 4 ist lediglich der Druckdifferenz zwischen dem wirksamen Unterdruck und dem im Innenraum 14 herrschenden Druck ausgesetzt, welcher gering­ fügig höher ist als der Atmosphärendruck. Diese Druckdif­ ferenz überschreitet in der Regel 0,5 bar nicht.

Dies bedeutet, daß der Abschnitt 16 der Rollmembran 4, der den Innenraum 14 der Rollmembran gegenüber der Arbeits­ kammer 6 abgrenzt, gewünschtenfalls deutlich dünnwandiger und elastischer ausgebildet werden kann als der Abschnitt 15 der Rollmembran 4, der den Innenraum 14 der Rollmembran 4 gegenüber der atmosphärisch belüfteten Kappe 2 abgrenzt. Insgesamt kann aber dennoch die gesamte Rollmembran 4 in all ihren Abschnitten deutlich dünner und flexibler gehalten werden als bei anderen Membranen herkömmlicher Konfiguration, da die Rollmembran nicht als flächige Membran oder Teller­ membran, sondern als Schlauchringmembran ausgebildet ist, die zwischen zwei gegeneinander bewegliche Stützwänden 10, 11 abrollen kann und da ein über dem Atmosphärendruck liegender Innendruck im Innenraum 14 erhalten bleibt.

Claims (14)

1. Stellantrieb bestehend aus einem zweiteiligen Gehäuse (1), zwischen dessen beiden Teilen, nämlich einer Kappe (2) und einem Druckbehälter (3), eine Rollmembran (4) über einen angeformten Dichtring (5) hermetisch fluiddicht eingespannt ist, so daß im Druckbehälter (3) eine Ar­ beitskammer (6) entsteht, die über eine Anschlußöffnung (7) mit einem unter Überdruck oder unter Unterdruck stehenden Arbeitsfluid beaufschlagbar ist, und wobei die Rollmem­ bran (4) zentral eine Arbeitsplatte (ß) trägt, auf der eine Stellstange (9) befestigt oder angeformt ist, die durch die Kappe (2) des Gehäuses (1) hindurch zur Ankopp­ lung eines Stellorgans herausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollmembran (4) als Schlauchring ausgebildet ist, der zwischen der Innenwand (10) des Gehäuses (1) und der Außenwand (11) einer fest mit der Arbeitsplatte (8) verbundenen Zarge (12) abrollt, die sich von der Arbeits­ platte axial sowohl in Richtung der Kappe (2) des Ge­ häuses (1) als auch in Richtung zum Druckbehälter (3) des Gehäuses (1) hin in einer solchen Länge in sich ge­ geschlossen umlaufend erstreckt, daß die Rollmembran (4) auf der gesamten Hubhöhe des Stellantriebs auf zumindest im wesentlichen ihrer gesamten axialen Höhe zwischen der Innenwand (10) des Gehäuses (1) und der Außenwand (11) der Zarge (12) eingeschlossen ist.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Ventil (13), das der Einstellung des Innendrucks bzw. der Belüftung des Innenraums (14) der schlauchringförmi­ gen Rollmembran (4) dient.

3. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (14) der Rollmembran (4) durch Öffnen des Ventils (13) mit der Arbeitskammer (6) verbunden ist, wenn die Arbeitskammer (6) mit einem unter Überdruck stehenden Arbeitsfluid beaufschlagt wird.

4. Stellantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum (14) der Rollmembran (4) ein gering­ fügig über dem Atmosphärendruck liegender Innendruck erhalten bleibt, wenn die Arbeitskammer (6) mit Unterdruck beaufschlagt ist.

5. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der der Gehäusekappe (2) zugewandte Teil (15) der Rollmembran (4) eine größere Wandstärke aufweist als der dem Druckbehälterteil (3) zugewandte Abschnitt (16) der Rollmembran (4).

6. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsplatte (8) sandwichartig aus mehreren Teilplatten (17, 18, 19) zusammengesetzt ist, und zwar dergestalt, daß die Rollmembran (14) zwischen den Teil­ platten fluiddicht eingespannt ist.

7. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellstange (9) zumindest auf einem mit der Ar­ beitsplatte (8) in Verbindung stehenden Teilabschnitt einen Belüftungskanal (20) für die Ventilkammer (2 l) auf­ weist.

8. Stellantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsplatte aus drei Teilplatten (17, 18, 19) sandwichartig zusammengesetzt ist, und zwar dergestalt, daß eine zwischen einer an den Druckbehälter (3) an­ grenzenden Teilplatte (17) und einer der Kappenseite zugewandten Teilplatte (19) eine Zwischenplatte (18) eingefügt ist, wobei die Zwischenplatte mehr oder minder ringförmig ausgebildet ist, so daß zwischen den beiden Teilplatten (17, 19) eine Ventilkammer (21) ent­ steht, die über eine radial ausgerichtete Belüftungsboh­ rung (22) mit dem Innenraum (14) der Rollmembran (4) in Verbindung steht.

9. Stellmembran nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Druckbehälter (3) zugewandte Teilplatte (18) eine Verbindungsbohrung (23) aufweist, die die Arbeits­ kammer (6) des Druckbehälters (3) mit der Ventilkammer (21) verbindet.

10. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper des Ventils (13) Bestandteil der zwischen den Teilplatten (17, 18, 19) eingespannten Roll­ membran (4) ist.

11. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (13) als Membran ausgebildet ist.

12. Stellantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran, wenn sie nicht mit Druck beaufschlagt ist, die Belüftungsbohrung (22) selbsttätig verschließt.

13. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1), die Arbeitsplatte (8) und die Stellstange (9) aus Kunststoff bestehen.

14. Verwendung des Stellantriebs nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Beaufschlagung von Verriegelungsorganen im Kraftfahrzeugbau.