DE7404424U - Fluid-Betätigungseinrichtung mit einer umlaufend an ihrem Rand eingespannten schalenförmigen Membran - Google Patents

Description

Fluid-Betätigungselnrichtung mit einer umlaufend an ihrem Rand eingespannten schalenförmigen Membran "^

Die Erfindung betrifft- eine Fluid-Beicätigungseinrichtung. mit einer umlaufend an ihrem Rand eingespannten schalenförmigen Membran mit flachem ebenem Mittelteil und einer ringförmigen Seitenwand* die das Mittelteil mit dem Rand verbindet, und mit einer gegen die Innenfläche der Membran drückenden Scheibe, wobei an der Innenseite der Membran entlang eines gekrümmten Schulterbereiches zwischen dem Mittelteil und der Seitenwand Vorsprünge vorgesehen sind.

Derartige Betätigungseinrichtungen werden z.B. in Bremssysteinen von Fahrzeuggespannen aus Zugmaschine und Anhänger verwandt, um den Fluiddruck in die Bewegung eines Hebelgestänges umzusetzen. Es sind Membranen für derartige Betätigungseinrichtungen bekannt (GB-PS 1 122 277, US-PS 3 135 173), die schalenförmig ausgebildet sind, und bei denen im Schulterbereich Rippen nach Art von Strebepfeilern vorgesehen sind. Diese Rippen erstrecken

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sich In radialer Richtung und bilden bei der Abstützung der gegen die Membran drückenden Scheibe Stege, durch UU τβίΛίϋύ«*1 wiiu, Sü5 ier H^ni !er Scheite er.tla«s seines gesamten Umfange voll gegen den Schulterbereich der Membran anliegt.

Die praktische Erprobung derartiger Membranen hat ergeben, daß im Falle einer Verschiebung und Fehlausrichtung der Membran gegenüber der Scheibe die Selbstzentrierung der Membran durch die Streben behindert werden kann, so daß eher eine Fixierung des dezentrierten Zu standes erfolgt als ein Zurückschieben in die Mittellage. Vermutlich beruht die geringe Fähigkeit der bekannten Membran, Fehlausrichtungen auszugleichen, darauf, daß die Streben eine in radialer Richtung kontinuierliche welche Oberfläche bilden, in die sich der Rand der Scheibe regelrecht einfrißt. Die Scheibe wird festgeklemmt, auch wenn sie nicht in exakt zentrierter Position ist. Ist sie einmal eingedrückt worden, so behindert der weichelastische Innenkonus jegliche Verschiebungen und macht auch Bemühungen um eine nachträgliche Zentrierung weitgehend zunichte. Da bei einer einmal erfolgten Fehlausrichtung nachträgliche Verschiebungen kaum möglich sind, erfolgt eine starke mechanische Beanspruchung im Schulterbereich der Membran.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fluid-Betätigungseinrichtung zu schaffen, bei der die Membran im Falle einer Fehlausrichtung in bezug auf die Scheibe imstande ist, sich selbst widder in die Position exakter Ausrichtung zu verschieben. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Vorsprünge im Querschnitt

höckerförmlg mit nach oben abnehmender Breite ausgebildet und radial zur Membran gegeneinander abgesetzt sind» und daß auch außerhalb des Schulterbereiches an dem Mittelteil und dsr Seitenwand Vorsprünge vorhanden gind.

Dadurch, daß nach der Erfindung in radialer Richtung (bezogen auf den Mittelpunkt der Membran) hintereinander mehrere hockerförmige Vorsprünge vorgesehen sind, die sich nach oben verjüngen, kann die Membran an der starren Scheibe gleiten und hat damit die Möglichkeit, sich bei etwaigen Fehlausrichtungen neu einzustellen. Durch die radial gegeneinander abgesetzten Vorsprünge wird ein Festklemmen bzw. Festfressen der Scheibe im Schulterbereich der Membran vermieden. Dagegen bilden die Höcker, an deren Spitze sich die Scheibe abstützt, kleinflächige Auflageelemente, die eine Verschiebung der Membran noch zulassen.

Zwar ist durch die US-PS 2 5^3 585 ein hydraulischer Druckspeicher bekannt, bei dem die Membran, die die beiden Druckmedien voneinander trennt, noppenähnliche Vor-Sprünge aufweist, damit sie sich in keinem Falle so dicht an die Behälterwand anlegen kann, uaß sie sie praktsich an dieser festsaugt, jedoch 1st hier das Anwendungsgebiet und der Zweck der Vorsprünge c*ie Vermeidung unerwünschter Saugeffekte, Mit einer Entlastung des Schulterbereiches einer schalenförmigen Membran hat dies nichts zu tun.

Vorteilhafterweise haben die Vorsprünge im wesentlichen Halbkugelf όνοι, oder sie sind pyramidenförmig. Die Größe der Vorsprünge kann mit zunehmender Annäherung an die

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ringförmige Seltenwand und das Mittelteil kleiner wer den.

Die wSUawa&m&msäSte ^πϊ&ίϋΓ. iiit äzrsh iiirs Pcrnigsb'

im Schulterbereioh eine hohe Abriebbeständigkeit, ins besondere im Falle von Fehleusrichtungen der Scheibe.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren im einzelnen erläutert.

Fig. 1 zeigt eine flexible Gummlraembran im Querschnitt,

Fig. 2 zeigt einen Bereich der Fig. 3 in vergrößertem Maßstab zur Verdeutlichung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 zeigt in Schnittdarstellung einen Bereich der Innenfläche der Membran,

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt eines Brems-Betätigungsorganes,aus dem die wesentlichen Teile ersichtlich sind,

Fig. 3 zeigt im Schnitt einen Ausschnitt der Innenfläche der Membran mit einer zusätzlichen Modifikation der Rippen, die entlang der inneren ringförmigen Seitenwand im Abstand angeordnet sind.

Fig. 6 zeigt ausechnittsweise eine Draufsicht einer mit Rippen versehenen Ausführuhgsform, und

Fig. 7 zeigt ebenfalls eine ausschnittsweise Draufsicht einer mit wellenförmigen Rippen versehenen Ausführungsform.

In der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß eine Membran generell aus natürlichem oder synthetischem Gummi oder anderen gummiähnlichen Materialien bestehen kann, die charakteristische elastomere physikalische Eigenschäften haben und als Ersatz für oder in Kombination mit Gummi in Membranen verwendbar sind. Die flexible Bremsenmembran hat normalerweise einen generell schalenform igen

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Aufbau und besitzt einen Flanschbereich 10 zur Befestigung an dem Gehäuse, ein ebenss oberes Mittelstück 10 und eine ringförmige Seitenwand 12. Zwischen der oberen und der inneren Fläche des Mittelstückes ist im allgemeinen eine innere Gewebeeinlage 13 eingebettet.

Generell gesprochen ist der Flansch 10 normalerweise etwas dicker und erstreckt sich nach außen hin,um die Membran zwischen den Gehäusebereichen 20 und 21 besser festhalten zu können.

Wenn die Membran von einem Gehäuse umgeben ist, wie es In Flg. 4 dargestellt ist, entspricht sie in ihrer Form Im wesentlichen dem oberen Gehäuseteil 20. Der Fluiddruck, beispielsweise Druckluft, kann zur Verformung der Membran durch eine Einlaßöffnung 14 des Gehäuses eingelassen werden. Die verformte Membran drückt gegen die Mitlaufplatte 16, die mit der Kolbenstange 17 verbunden ist. Die Kolbenstange 17 ist ihrerseits an eine Bremsvorrichtung oder an eine andere Vorrichtung angeschlossen, um diese zu betätigen.

Ein Teil der Membran unterliegt durch die Einwirkung der Mitlaufplatte entlang des Schulterbereiches 22 einer starken Abriebwirkung, Insbesondere dann, wenn die Membran fehlausgerichtet oder verschoben ist. Der Bereich entlang der Membraninnenfläche wirkt als Abnutzungspuffer, der es im Falle einer derartigen Fehlausrichtung ermöglicht, daß der Kolben für eine längere Zeitdauer funktionsfähig bleibt. Die Vorsprünge gestatten ferner eine Verschiebung der Spannungen, so daß die Membran keinen frühzeitigen Ausfall Infolge örtlich konzentrierter Spannungen erleidet,

Im Falle einer Fehlausrichtung der Mitlaufplatts unter= liegt der den Seitenwandring 12 und das ebene obere

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Mittelstück 11 verbindende Schulterbereich 22 dem größten Abrieb und der größten Abnutzung. Es ist bekannt, daß Gummi mit geringerer Härte einem solchen Aörieb besser standhält als ein Gummi räit höherer Härte. Aber selbst j 5 wenn man dies berücksichtigt und normale Wanddicken des

Gummis an der Innenfläche des Schulterbereiches 22 wählt, bewirken stark fehlausgerichtete Mitlaufplatten oder solehe, die nicht fest eingespannt sind, eine vorzeitige

; Wandabnutzung sogar bis zu einem solchen Abnutzungsgrad,

; ID daß die Gewebeverstärkung 13« die innerhalb der Membran

' angeordnet ist, mit abgenutzt wird.

Zum Schutz gegen eine derartige vorzeitige Abnutzung hat

j sich die Anbringung von Verschleiß!lachen in Form von

j Höckern 18 o.dgl. entlang der Innenseite des Schulter-

' 15 Bereiches 22 der Membran als wesentlicher Vorteil erwie-

: sen. Die "öcker 18 können halbkugelförmig, pyramidenför-

■ mig oder k«?elstumpfförmig sein. Es hat sich herausge

stellt, daß eine Haibkugeiform die besten Ergebnisse liefert, da sie eine punktförmige Berührung schafft, durch die weniger Abrieb erfolgen kann und tatsächlich die Reibungskräfte an der Mitlaufplatte 16 in ihrer Gesamthei t minimisiert und dadurch tu einem gewissen Grad die Wiederausrichtung der Mitlaufplatte gegenüber der Membran zuläßt.

Die Höcker 18 haben die größten Abmessungen im Bereich der größten Krümmung der Schulter 22, und ihre Abmessungen werden mit der Verj'ingung der Schulter in das obere Mittelstück 11 und die ringförmige Seitenwand 12 hinein zunehmend kleiner.

Im folgenden werden weitere bevorzugte Ausführungsformen erläutert:

Es hat sich herausgestellt, daß VerschleiQwülste 24 in

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Form konzentrischer Wülste, die durch Nu' an voneinander getrennt sind und sämtlich an der Innenseite des gekrümmten Sohulterbereiches 22 angeordnet sind, zu guten Ergebnissen führen. Wellenförmige'Wülste 25 bieten einen j Kompromiß zur Vergrößerung der Abriebfläche, indem man sowohl üter Bereiche verfügt, die rechtwinklig zu der Radiuslinie der Krümmung der Schulter verlaufen als auch über solche Bereiche, die eher parallel zu der Radiuslinia des Schulterbereiches ausgerichtet sind. Die Wellenkonfiguration stellt daher einen Kompromiß in Richtung auf eine größere Abnutzung an den rechtwinklig verlaufenden Teilen der Wülste dar, wobei dennoch ein gewisser Grad an Flexibilität möglich ist, um eine gewisse selbsttätige Wiederausrichtung der Membran gegenüber der Mitlaufplatte zu gestatten. Die Fig. 6 und 7 zeigen diese Modifizierungen.

Es sollte darauf hingewiesen werden, daß die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung gegenüber Rippen, wie sie in den oben genannten VörveröffentIiehungeü l^aschrie =

S*0 ben sind, gewisse Vorteile haben. Beispielsweise kann die Rippe die Membran erheblich weniger flexibel im Bereich der ringförmigen Seitenwand machen. Außerdem bewirken Rippen eine erheblich stärker konzentrierte Abnutzung und ergeben eine weniger flexible Membran, die auch nicht den

S5 Punktkontakt und die gleichmäßige Verteilung der Abriebkräfte liefert, wie dies bei der Erfindung erreicht wird. Die Erfindung schafft infolge der punktförmigen Berührung ein konsistenteres gleichmäßigeres Abriebmuster als die Rippen und ermöglicht für eine lange Betriebsdauer da:?

Zureohtschieben der Membran gegsnüber der Mitlaufplatte, das oben als Wiederausrichtung bezeichnet wurde.

Dennoch besteht manchmal die Forderung na^h einer steiferen, weniger flexiblen Membran. In solchen Fällen können

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Im Abstand voneinander liegende Rippen 23, wie In Flg. 5 dargestellt, entlang der Innenfläche der ringförmigen Seitenwand 12 vorgesehen sein. Die Rippen 23 sind radial zum Membranmittelpunkt ausgerichtet, während die Wülste 24 und auch die wellenförmigen wuisce ü? Konzentrison zueinander und zum Außenflansch 10 verlaufen.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 5 sollte darauf geachtet werden, da 13 die Rippen 23 vor dem Bereloh 22 der Innenschulter enden, so daß sie die Wirkung der AbrieDhöcker nicht stören.

Die Erfindung eignet sich insbesondere bei gewissen charakteristischen Abriebaften und schafft eine Konstruktion, die nicht als Universaltyp einer Membran betrachtet werden kann, sondern eine benötigte Lösung für ein charakteristisches Bedarfsfeld darstellt.

Claims (6)

VON KREISLER SCFfONWALD MiYER EiSHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler -f-1973 G 74 044 24.9 Dr.-Ing. K. Schönwald. Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden The Gates Rubber Company Dr. j. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln SOUth Broadway, Denver, Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Colorado 80217 / U.S.A. Dipl.lng. G. Setting, Köln Sg-Is SKOLNi 9. Okt. 1975 DEICHAAANNHAUS AM HAUTBAHNHOF Ansprüche

1. Fluid-Betätigungseinrichtung, mit einer umlaufend an ihrem Rand eingespannten schalenförmigen Membran mit flachem ebenem Mittelteil und einer ringförmigem Seitenwand, die das Mittelteil mit dem Rand verbindet, una mit einer gegen die Innenfläche der Membran drückenden Scheibe, wobei an der Innenseite der Membran entlang eines gekrümmten Schulterbereiehes zwischen dem mittelteil und der Seitenband Vorsprünge vorgesehen sind, d ei durch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (18, 23, 24, 25) im Querschnitt höckerförmig mit nach oben abnehmender Breite ausgebildet und radial zur Membran gegeneinander abgesetzt sind, und daß auch außerhalb des Schulterbereiches (22) an dem Mittelteil (11) und der Seitenwand (12) Vorsprung© (18, 23, 24, 25) vorhanden sind.

2. Fluid-Betätigungselnrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (18) im wesentlichen Halbkugelform haben,

Telefon ι (0321) 234541 - 4 · Τ·Ι·χ ι 888 230/ dopa d Telegramm > Oompalenl Kein

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3. Fluid-Betätigungseinrichtung nach Anspruch . , dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge pyramidenförmige Höcker sind.

4. Fluid-Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis j5, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der VorSprünge (18) mit zunehmender Annäherung an die ringförmige Seitenwand (12) und das Mittelteil (11) kleiner wird.

5. Fluid-Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder

den folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge aus konzentrisch angeordneten Rippen(24, 25) bestehen.

6. Fluid-Betätigungseinrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß Rippen (25) wellenförmig verlaufen.

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