DE102005029904A1

DE102005029904A1 - Unterdruckdose

Info

Publication number: DE102005029904A1
Application number: DE200510029904
Authority: DE
Inventors: Silke Siebert
Original assignee: Murrplastik Systemtechnik GmbH
Current assignee: Murrplastik Systemtechnik GmbH
Priority date: 2005-06-26
Filing date: 2005-06-26
Publication date: 2007-01-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Unterdruckdose (10, 10') mit einem Dosengehäuse (12), mit einem durch das Dosengehäuse (12) durchgeführten, an seinem in das Dosengehäuse (12) ragenden Stößelteller (24) aufweisenden Stößel (22) zur Betätigung eines beweglichen Bauteils, mit einer mit dem Dosengehäuse (12) und dem Stößel (22) verbundenen Membran (28), wobei das Dosengehäuse (12), der Stößel (22) und die Membran (28) einen gasdichten Druckraum (30) einschließen der mittels eines Ventils (32) zur Bewegung des Stößels (22) zwischen zwei Einstellungen evakuierbar und mit Gas befüllbar ist. Erfindungsgemäß ist eine Sensoreinrichtung (40, 40') vorgesehen, mit einem durch Beaufschlagung mittels des Stößels (22) in einer Führung (42, 60) zwischen einer ersten und einer zweiten Endposition linear verschiebbaren Messelement (44), wobei jede der Endpositionen durch eine der Endstellungen definiert ist, mit einem ersten Sensor (54) zur Detektion des Messelements (44) in der ersten Endposition und mit einem zweiten Sensor (56) zur Detektion des Messelements (44) in der zweiten Endposition.

Description

Die Erfindung betrifft eine Unterdruckdose gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Unterdruckdosen werden als Schaltelemente beispielsweise im Kraftfahrzeugbau eingesetzt, wo ein bewegliches Bauteil wie beispielsweise eine Lüfterklappe zwischen zwei Schaltstellungen hin- und herbeweglich sein soll. Bekannte Unterdruckdosen weisen ein Dosengehäuse auf, das aus zwei miteinander verschweißten Bechern zusammengesetzt ist. Im Inneren des Dosengehäuses ist an der Verbindungsstelle der beiden Becher zwischen diesen eine Membran eingeklemmt, die über einen Stößelteller eines aus dem Dosengehäuse ragenden Stößels gezogen ist und zusammen mit dem Stößelteller und dem unteren der beiden Becher einen luftdichten Druckraum einschließt. Der Stößelteller ruht auf einer im Dosengehäuse angeordneten Feder, die ihn nach oben drückt, so dass der Druckraum seine maximal mögliche Größe aufweist. Durch Evakuieren des Druckraums wird der Stößelteller gegen die Federkraft nach unten gedrückt, so dass der Stößel über einen Betätigungsmechanismus wie beispielsweise ein Gestänge das zu bewegende Bauteil beaufschlagt. Die Rückstellung erfolgt mittels der Federkraft, wenn in den evakuierten Druckraum wieder Luft eingeleitet wird.
Unterdruckdosen haben sich als einfache, zuverlässige und kostengünstig zu fertigende Schaltelemente im Kraftfahrzeugbau bestens bewährt. Bei modernen Kraftfahrzeugen, bei denen die Wartung überwiegend elektronisch stattfindet, ist die Funktionsfähigkeit der Unterdruckdose jedoch nur durch zusätzlichen Aufwand, wie manuelles Nachprüfen, überprüfbar.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Unterdruckdose der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass ihre Funktionsfähigkeit auf einfachere Weise überprüft werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Unterdruckdose mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Sensoreinrichtung detektieren kann, ob sich der Stößel in einer der beiden Endstellungen befindet oder nicht. Im letzteren Fall liegt eine Störung vor, da eine Position des Stößels zwischen einer seiner Endstellungen nicht vorgesehen ist. Befindet sich das Messelement in seiner ersten Endposition, die mit der ersten Endstellung des Stößels korreliert ist, so wird dies vom ersten Sensor detektiert, befindet es sich in seiner zweiten Endposition, die mit der zweiten Endstellung des Stößels korreliert ist, wird dies vom zweiten Sensor detektiert. Dabei erzeugen die Sensoren elektrische Signale, die zweckmäßig durch eine an eine Steckereinheit der Sensoreinrichtung anschließbare Auswerteeinheit abrufbar sind. Erzeugt keiner der Sensoren ein Signal, bedeutet dies, dass der Stößel sich in einer unerwünschten Zwischenstellung befindet und ein Defekt der Unterdruckdose vorliegt.

Es wird bevorzugt, dass das Messelement einen Permanentmagnet aufweist und dass der erste und der zweite Sensor jeweils ein Hall-Sensor ist. In den Sensoren wird eine messbare Hallspannung erzeugt, wenn sich der Permanentmagnet in ihrer Nähe befindet. Dabei ist die Geometrie der Sensoreinrichtung so gewählt, dass der Permanentmagnet in der ersten Endposition benachbart zum ersten Hall-Sensor, in der zweiten Endposition benachbart zum zweiten Hall-Sensor angeordnet ist. Hall-Sensoren sind besonders zuverlässige und kostengünstige Bauteile.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung weisen der erste und der zweite Sensor jeweils einen durch das Messelement betätigbaren mechanischen Schalter auf. Der Schalter wird betätigt, wenn das Messelement in die Nähe des jeweiligen Sensors gelangt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass der erste und der zweite Sensor jeweils einen magnetischen Näherungsschalter aufweisen und dass das Messelement ein Betätigungsteil aus einem Magnetwerkstoff zum Schalten der Näherungsschalter aufweist. Die Näherungsschalter erzeugen jeweils ein Magnetfeld, das bei Annäherung des Betätigungsteils gestört wird. Die Störung des Magnetfelds wird gemessen.

Die Sensoreinrichtung kann als separates Bauteil außen am Dosengehäuse befestigt sein. Wenn das Dosengehäuse einen oberen und einen unteren Becher aufweist, welche an einem umlaufenden Wulst miteinander verbunden sind, kann die Sensoreinrichtung vorteilhaft mittels das Dosengehäuse beidseitig des Wulsts umgreifenden Befestigungselementen am Dosengehäuse befestigt werden. Wenn die Sensoreinrichtung außen am Dosengehäuse befestigt ist, ist das Messelement zweckmäßig mit dem aus dem Dosengehäuse ragenden Teil des Stößels verbunden. Hierbei weist der Stößel vorteilhaft ein Führungselement mit einer wenigstens teileweise umlaufenden Führungskontur auf, und am Messelement ist eine das Führungselement beidseitig in der Führungskontur umgreifende Gabel angebracht. Dadurch kann sich der Stößel zur Seite neigen, ohne dass in der Sensoreinrichtung unerwünschte mechanische Spannungen auftreten. Es wird bevorzugt, dass die Gabel eine Krümmung aufweist, die der Krümmung eines Kreises entspricht, dessen Radius gleich dem Abstand zwischen der Führungskontur und dem Stößelteller ist. Dadurch wird erreicht, dass bei einer Neigung des Stößels das Meßelement in seiner Führung nicht verschoben wird. Das Messelement wird daher nur dann in seiner Führung verschoben, wenn auch der Stößel eine Linearbewegung ausführt. Zur Beaufschlagung eines Bauteils, wie beispielsweise einer Lüfterklappe in einem Kraftfahrzeug, ist zweckmäßig am dem Stößelteller gegenüberliegenden Ende am Stößel eine zum Bauteil führende Betätigungsstange angebracht, wobei sich die Gabel in dieselbe Richtung erstreckt wie die Betätigungsstange. Durch das Anlenken des Stößels an der Betätigungsstange wird dieser zwangsläufig bei einer Linearbewegung im Dosengehäuse geneigt, wenn das beaufschlagte Bauteil ortsfest bezüglich der Unterdruckdose angeordnet ist. Die Neigung erfolgt dann in der Richtung, in der sich die Gabel erstreckt und führt somit nicht zu einer Verschiebung des Messelements.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Sensoreinrichtung im Dosengehäuse integriert sein. Dabei wird bevorzugt, dass das Messelement in einem einen Teil des Druckraums umschließenden Fortsatz des Dosengehäuses geführt ist. Dabei wird bevorzugt, dass das Messelement direkt an der Unterseite des Stößeltellers anliegt und bei dessen Linearverschiebung durch direkte Beaufschlagung ebenfalls linear verschoben wird. Hierzu kann das Messelement am Stößelteller befestigt sein, vorzugsweise mittels eines Kugelgelenks. Durch die Verbindung mit dem Stößelteller führt das Meßelement dieselbe Linearbewegung aus wie der Stößel. Wird der Stößel geneigt, so wirkt sich dies nicht auf das Messelement aus, da die Neigung aufgrund der Verbindung mittels des Kugelgelenks nicht an das Messelement weitergegeben wird. Alternativ hierzu kann das Messelement lose an der Unterseite des Stößeltellers anliegen und gegen die Rückstellkraft einer Feder im Fortsatz verschiebbar sein. Die Federkraft bewirkt, dass das Messelement stets an den Stößelteller anliegend gehalten wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Sensoreinrichtung mindestens einen weiteren Sensor zur Detektion des Erreichens mindestens einer zwischen der ersten und der zweiten Endposition gelegenen Zwischenposition des Messelements auf. Diese Ausführungsform ist für Anwendungen gedacht, bei denen mehr als zwei Stellungen des Stößels möglich sind.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

1 eine perspektivische Ansicht einer Unterdruckdose gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

2a, b einen Querschnitt durch die Unterdruckdose gemäß 1 mit dem Stößel in einer oberen Endstellung bzw. in einer unteren Endstellung;

3 eine perspektivische Ansicht einer Unterdruckdose gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und

4a, b einen Querschnitt durch die Unterdruckdose gemäß 3 mit dem Stößel in einer oberen Endstellung bzw. in einer unteren Endstellung.

Eine Unterdruckdose 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist ein Dosengehäuse 12 auf, das aus einem unteren und einem oberen Becher 14, 16 zusammengesetzt ist. Die beiden Becher 14, 16 sind an einem umlaufenden Wulst 18 miteinander verbunden. Durch eine Öffnung 20 im oberen Becher 16 ist ein Stößel 22 durchgeführt, der an seinem unteren Ende einen Stößelteller 24 sowie an seinem oberen Ende Befestigungsmittel 26 zur Befestigung an einem zu einer Lüfterklappe führenden Gestänge aufweist. Im Inneren des Dosengehäuses 12 ist eine Membran 28 angeordnet, die in den umlaufenden Wulst 18 eingefügt ist und über die Oberseite des Stößeltellers 24 gelegt und am Stößel 22 befestigt ist. Durch den unteren Becher 14, den Stößelteller 24 und die Membran 28 wird ein gasdichter Druckraum 30 umschlossen, der über ein Ventil 32 evakuiert und belüftet werden kann. Wird der Druckraum 30 evakuiert, so wird der Stößelteller 24 durch den Außendruck gegen die Kraft einer Feder 34 bis zu einer unteren Endstellung (2b) bewegt. Ist der Druckraum 30 belüftet, so drückt die Feder 34 den Stößelteller 24 gegen den oberen Becher 16, wodurch eine obere Endstellung des Stößels 22 definiert ist (2a). Durch Evakuieren und Belüften des Druckraums 30 sind somit zwei Schaltstellungen herstellbar, die an die Lüfterklappe übertragen werden.
Außen auf das Dosengehäuse 12 ist eine Sensoreinrichtung 40 aufgesetzt. Die Sensoreinrichtung 40 weist in einer Führung 42 aus Kunststoff ein verschiebbar geführtes, stangenförmiges Messelement 44 auf, das nahe seinem unteren Ende einen Permanentmagneten trägt. Auf den aus dem Dosengehäuse 12 ragenden Teil des Stößels 22 ist ein Führungselement 46 aufgesetzt und fixiert, das eine teilweise umlaufende Führungskontur 48 aufweist und im wesentlichen eine Form aufweist, die der einer Riemenscheibe ähnelt. In der Führungskontur 48 ist eine Gabel 50 geführt, die das Führungselement 46 beidseitig umgreift. Die Gabel 50 ist starr mit dem Messelement 44 verbunden, so dass eine Bewegung des Stößels 22 in seiner Längsrichtung eine Längsverschiebung des Messelements 44 in der Führung 42 bewirkt. Die Befestigung der Sensoreinrichtung 40 am Dosengehäuse 12 erfolgt mittels vier an der Führung 42 angeformten Befestigungselementen 52 aus Kunststoff, die das Dosengehäuse 12 oberhalb und unterhalb des Wulsts 18 teilweise umgreifen.
An der Führung 42 sind ein erster Sensor 54 und ein zweiter Sensor 56 angeordnet, deren Abstand dem Abstand zwischen der oberen und der unteren Endstellung des Stößels 22 entspricht. Mit der oberen Endstellung des Stößels 22 ist eine obere Endposition des Messelements 44, mit der unteren Endstellung eine untere Endposition des Messelements 44 korreliert. Der Permanentmagnet des Messelements 44 befindet sich in der oberen Endposition (2a) auf Höhe des ersten Sensors 54, in der unteren Endposition (2b) auf der Höhe des zweiten Sensors 56. Beide Sensoren 54, 56 sind Hall-Sensoren, in denen bei Anwesenheit eines Magnetfelds eine Hallspannung erzeugt wird. In der oberen Endposition wird die Hallspannung im ersten Sensor 54, in der unteren Endposition im zweiten Sensor 56 erzeugt. Die Hallspannung wird als elektrisches Messsignal an einer Steckereinheit 58 abgegriffen und in einer Auswerteeinheit ausgewertet. Durch die Sensorein richtung 40 kann die Auswerteeinheit die Position des Stößels 22 bestimmen. Gibt keiner der Sensoren 54, 56 ein Messsignal ab, bedeutet das, dass sich der Stößel 22 in keiner der bei ordnungsgemäßer Funktion der Unterdruckdose 10 allein möglichen Endstellungen befindet, so dass ein Defekt der Unterdruckdose 10 vorliegt.
Die Gabel 50 weist in einer Richtung quer zum Stößel 22 eine kreisförmige Krümmung auf, die der Krümmung eines Kreises entspricht, dessen Radius gleich dem Abstand zwischen dem Führungselement 46 und dem Stößelteller 24 ist. Neigt sich der Stößel 22 aus der Senkrechten in Richtung zum Messelement 44, was unvermeidlich ist, wenn sich die zur Lüfterklappe führende Stange in der gleichen Richtung erstreckt wie die Gabel 50, so bewirkt dies keine Linearverschiebung des Messelements 44.
Die Unterdruckdose 10' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (3, 4a, b) unterscheidet sich von der Unterdruckdose 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel lediglich in der Ausführung der Sensoreinrichtung 40'. Einander entsprechende Bauteile sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Beim zweiten Ausführungsbeispiel weist die Sensoreinrichtung 40' ein in einer Führung geführtes, stangenförmiges Messelement 44 auf. Die Führung ist hier jedoch in das Dosengehäuse 12 als Fortsatz 60 des unteren Bechers 14 integriert. Der Druckraum 30 erstreckt sich somit auch auf die Führung bzw. den Fortsatz 60. An einer Außenseite des Fortsatzes 60 sind die beiden Hall-Sensoren 54, 56 angebracht. Das Messelement 44 ist am Unterteil des Stößeltellers 24 mittels eines Kugelgelenks 62 befestigt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wirkt sich eine Kippbewegung des Stößeltellers 24 nicht auf die Linearverschiebung des Messelements 44 im Fortsatz 60 aus.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten:
Die Erfindung betrifft eine Unterdruckdose 10, 10' mit einem Dosengehäuse 12, mit einem durch das Dosengehäuse 12 durchgeführten, an seinem in das Dosengehäuse 12 ragenden Stößelteller 24 aufweisenden Stößel 22 zur Betätigung eines beweglichen Bauteils, mit einer mit dem Dosengehäuse 12 und dem Stößel 22 verbundenen Membran 28, wobei das Dosengehäuse 12, der Stößel 22 und die Membran 28 einen gasdichten Druckraum 30 einschließen, der mittels eines Ventils 32 zur Bewegung des Stößels 22 zwischen zwei Endstellungen evakuierbar und mit Gas befüllbar ist. Erfindungsgemäß ist eine Sensoreinrichtung 40, 40' vorgesehen, mit einem durch Beaufschlagung mittels des Stößels 22 in einer Führung 42, 60 zwischen einer ersten und einer zweiten Endposition linear verschiebbaren Messelement 44, wobei jede der Endpositionen durch eine der Endstellungen definiert ist, mit einem ersten Sensor 54 zur Detektion des Messelements 44 in der ersten Endposition und mit einem zweiten Sensor 56 zur Detektion des Meßelements 44 in der zweiten Endposition.

Claims

Unterdruckdose mit einem Dosengehäuse (12), mit einem durch das Dosengehäuse (12) durchgeführten, an seinem in das Dosengehäuse (12) ragenden Ende einen Stößelteller (24) aufweisenden Stößel (22) zur Betätigung eines beweglichen Bauteils, mit einer mit dem Dosengehäuse (12) und dem Stößel (22) verbundenen Membran (28), wobei das Dosengehäuse (12), der Stößel (22) und die Membran (28) einen gasdichten Druckraum (30) einschließen, der mittels eines Ventils (32) zur Bewegung des Stößels (22) zwischen zwei Endstellungen evakuierbar und mit Gas befüllbar ist, gekennzeichnet durch eine Sensoreinrichtung (40, 40') mit einem durch Beaufschlagung mittels des Stößels (22) in einer Führung (42, 60) zwischen einer ersten und einer zweiten Endposition linear verschiebbaren Messelement (44), wobei jede der Endpositionen durch eine der Endstellungen definiert ist, mit einem ersten Sensor (54) zur Detektion des Messelements (44) in der ersten Endposition und mit einem zweiten Sensor (56) zur Detektion des Messelements (44) in der zweiten Endposition.
Unterdruckdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (40, 40') eine Steckereinheit (58) aufweist, über die elektrische Signale des ersten und des zweiten Sensors (54, 56) durch eine Auswerteeinheit abrufbar sind.
Unterdruckdose nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (44) einen Permanentmagnet aufweist und dass der erste und der zweite Sensor (54, 56) jeweils ein Hall-Sensor ist.
Unterdruckdose nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Sensor (54, 56) jeweils einen durch das Messelement (44) betätigbaren mechanischen Schalter aufweisen.
Unterdruckdose nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Sensor (54, 56) jeweils einen magnetischen Näherungsschalter aufweisen und dass das Messelement (44) ein Betätigungsteil aus einem Magnetwerkstoff zum Schalten der Näherungsschalter aufweist.
Unterdruckdose nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (40) als separates Bauteil außen am Dosengehäuse (12) befestigt ist.
Unterdruckdose nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosengehäuse (12) einen oberen und einen unteren Becher (14, 16) aufweist, welche an einem umlaufenden Wulst (18) miteinander verbunden sind, und dass die Sensoreinrichtung (40) mittels das Dosengehäuse (12) beidseitig des Wulsts (18) umgreifenden Befestigungselementen (52) am Dosengehäuse (12) befestigt ist.
Unterdruckdose nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (44) mit dem aus dem Dosengehäuse (12) ragenden Teil des Stößels (22) verbunden ist.
Unterdruckdose nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (22) ein Führungselement (46) mit einer wenigstens teilweise umlaufenden Führungskontur (48) aufweist und dass am Messelement (44) eine das Führungselement (46) beidseitig in der Führungskontur (48) umgreifende Gabel (50) angebracht ist.
Unterdruckdose nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gabel (50) eine Krümmung aufweist, die der Krümmung eines Kreises entspricht, dessen Radius gleich dem Abstand zwischen der Führungskontur (48) und dem Stößelteller (24) ist.
Unterdruckdose nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass am dem Stößelteller (24) gegenüberliegenden Ende am Stößel (22) eine zum Bauteil führende Betätigungsstange angebracht ist, und dass sich die Gabel (50) in dieselbe Richtung erstreckt wie die Betätigungsstange.
Unterdruckdose nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (40') im Dosengehäuse (12) integriert ist.
Unterdruckdose nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (44) in einem einen Teil des Druckraums (30) umschließenden Fortsatz (60) des Dosengehäuses (12) geführt ist.
Unterdruckdose nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (44) an der Unterseite des Stößeltellers (24) befestigt ist.
Unterdruckdose nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (44) und der Stößelteller (24) durch ein Kugelgelenk (62) miteinander verbunden sind.
Unterdruckdose nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (44) an der Unterseite des Stößeltellers (24) anliegt und gegen die Rückstellkraft einer Feder im Fortsatz (60) verschiebbar ist.
Unterdruckdose nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (40, 40') mindestens einen weiteren Sensor zur Detektion des Erreichens mindestens einer zwischen der ersten und der zweiten Endposition gelegenen Zwischenposition des Messelements (44) aufweist.