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Die Erfindung betrifft einen fluidbetätigten Membranantrieb, mit einem eine Längsachse aufweisenden Gehäuse, das über zwei jeweils eine von zwei sich in Achsrichtung der Längsachse mit Abstand gegenüberliegenden stirnseitigen Abschlusswänden bildende haubenförmige Gehäuseteile verfügt, die jeweils eine von einer ringförmigen Seitenwand umrahmte Öffnung aufweisen und die unter gemeinsamer Begrenzung eines Gehäuseinnenraumes mit einander zugewandten Öffnungen koaxial aneinander angesetzt und im Bereich der ringförmigen Seitenwände durch eine Rastverbindungseinrichtung aneinander befestigt sind, und mit einer Antriebseinheit umfassend eine zwischen den beiden Gehäuseteilen fixierte und axial auslenkbare Membran, die antriebsmäßig mit einem wenigstens eine der Abschlusswände gleitverschieblich durchsetzenden Stangenkörper verbunden ist und die den Gehäuseinnenraum fluiddicht in zwei axial benachbarte Arbeitskammern unterteilt, von denen wenigstens einer fluidbeaufschlagbar ist, wobei die Rastverbindungseinrichtung über an der einen Seitenwand angeordnete erste Rastvorsprungmittel und an der anderen Seitenwand angeordnete zweite Rastvorsprungmittel verfügt, die jeweils um die Längsachse des Gehäuses herum angeordnet sind und die sich derart quer zu der Längsachse hintergreifen, dass sie mit einander in der Achsrichtung dieser Längsachse zugewandten axialen Rastflächen aneinander anliegen, wobei die zweiten Rastvorsprungmittel von einem einzigen, zu der Längsachse konzentrischen ringförmigen Rastvorsprung gebildet sind.
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Ein in der
DE-A-2345284 im Zusammenhang mit der Betätigung einer Druckluftbremse beschriebener Membranantrieb verfügt über zwei Gehäuseteile, die mit einander zugewandten Öffnungen unter Zwischenfügung einer Membran aneinander angesetzt sind. Die Membran ist zwischen flanschartigen Seitenwänden der beiden Gehäuseteile eingespannt. Zusammengehalten werden die Seitenwände durch einen Sprengring, der in einer Ringnut an der Innenfläche eines hohlzylindrischen Abschnittes der einen Seitenwand verankert wird und einen Flanschabschnitt der anderen Seitenwand axial beaufschlagt.
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Bei dem bekannten Membranantrieb ist die Montage des Sprengringes relativ aufwendig. Er kann erst eingesetzt werden, nachdem zuvor die beiden Gehäuseteile anderweitig zusammengespannt wurden. Es besteht überdies die Gefahr, dass der Sprengring bei unachtsamer Montage oder bei nicht exakt gefertigter Ringnut seinen Halt verliert und somit die beiden Gehäuseteile auseinanderfallen. Geschieht dies im Betrieb des Membranantriebes, können auch andere Bestandteile in der Umgebung des Membranantriebes in Mitleidenschaft gezogen werden.
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Ein aus der
DE 74 37 096 U bekannter Membranantrieb verfügt über ein zweiteiliges Gehäuse mit einem Bodenteil und einem Deckelteil, die miteinander verrastet sind, indem das Deckelteil mit einem im Querschnitt hakenförmigen Rand einen Bund am Bodenteil übergreift. Die dabei miteinander in Eingriff stehenden Rastvorsprungmittel bestehen jeweils aus einem ringförmigen Rastvorsprung, sodass sich die erzielte Rastverbindung durch einen sehr festen Zusammenhalt auszeichnen dürfte, weil der ringförmig in sich geschlossene hakenförmige Rand nur sehr schwer verformbar ist. Bereits beim Zusammenbau sind daher hohe Montagekräfte aufzubringen, eine spätere Demontage erscheint zerstörungsfrei eher nicht möglich zu sein.
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Aus der
DE 87 13 270 U1 ist ein pneumatischer Stellantrieb bekannt, der ebenfalls in Form eines Membranantriebes ausgeführt ist und der über zwei topfförmige Gehäuseteile verfügt, die miteinander verrastet sind. Zur Verrastung befinden sich an einem Bund des einen Gehäuseteils mehrere über den Umfang verteilte individuelle Rasthaken, die jeweils hinter eine von einem radialen Vorsprung gebildete Kante an einem Bund des anderen Gehäuseteils greifen. Bei einem in der
DE 43 39 037 C1 beschriebenen Membranantrieb sind miteinander kooperierende Rastmittel ebenfalls individuell ausgebildet, wobei Rastnasen am einen Gehäuseteil von innen her in Rastausnehmungen des anderen Gehäuseteils eingreifen. In beiden Fällen dürfte die Rastverbindung leicht herstellbar und auch wieder leicht lösbar sein. Andererseits können die beiden Gehäuseteile jeweils nur in vorbestimmten Winkelausrichtungen aneinander fixiert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Membranantrieb zu schaffen, dessen Gehäuse sich einfach und sicher zusammenbauen lässt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass die ersten Rastvorsprungmittel von mehreren um die Längsachse des Gehäuses herum verteilt angeordneten, den ringförmigen Rastvorsprung jeweils von außen her übergreifenden individuellen Rastvorsprüngen gebildet sind.
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Durch die gegenseitige Fixierung der Gehäuseteile im Rahmen einer Rastverbindungseinrichtung ist zum einen die Handhabung beim Zusammenbau der Gehäuseteile erleichtert und erhält man außerdem in aller Regel eine automatische Bestätigung über einen korrekten Fügevorgang, wenn die Rastverbindungsmittel hörbar ineinander einrasten. Da sich die Rastverbindung leicht auch ohne Werkzeug herstellen lässt, ist der Herstellungsaufwand für den Membranantrieb insgesamt sehr gering. Die Rastverbindungseinrichtung verfügt über an der einen Seitenwand angeordnete erste Rastvorsprungmittel und an der anderen Seitenwand angeordnete zweite Rastvorsprungmittel, die jeweils um die Längsachse des Gehäuses herum angeordnet sind und die sich im verrasteten Zustand derart quer zur Längsachse des Gehäuses hintergreifen, dass sie mit einander in der Achsrichtung dieser Längsachse zugewandten axialen Rastflächen aneinander anliegen. Dabei ist die Rastverbindungseinrichtung so ausgebildet, dass lediglich die an einer Seitenwand angeordneten Rastvorsprungmittel aus einem einzigen, ringförmigen Rastvorsprung bestehen, während die Rastvorsprungmittel der anderen Seitenwand von mehreren um die Längsachse des Gehäuses herum verteilt angeordneten individuellen Rastvorsprüngen gebildet sind, die den ringförmigen Rastvorsprung jeweils von außen her übergreifen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Rastverbindungseinrichtung ohne bezüglich der ringförmigen Seitenwände separate Komponenten unmittelbar zwischen den beiden ringförmigen Seitenwänden wirksam ist. Auf diese Weise werden keine zusätzlichen Rastverbindungselemente benötigt. Durch bloßes axiales Zusammenstecken der beiden Gehäuseteile kann die Rastverbindung schnell und sicher hergestellt werden.
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Zweckmäßigerweise sind die individuellen Rastvorsprünge als Bestandteile von insbesondere einstückig an der zugeordneten Seitenwand angeformten Rasthaken ausgebildet. Rasthaken haben den Vorteil, dass sie eine besonders gute radiale Nachgiebigkeit der Rastvorsprünge für den Verrastungsvorgang gewährleisten können.
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Normalerweise wird der verrastende Eingriff der miteinander kooperierenden Rastvorsprungmittel schon von sich aus eine genügende Sicherheit gegen versehentliches Entrasten zur Verfügung stellen. Vor allem dann jedoch, wenn besonders hohe Sicherheitsanforderungen bestehen, ist es empfehlenswert, einen bezüglich der Rastvorsprungmittel separaten Sicherungsring vorzusehen, der die beim Verrastungsvorgang elastisch nachgiebig nach radial außen auslenkbaren Rastvorsprungmittel radial außen umschließt und an einer nach radial außen hin gerichteten Auslenkung hindert.
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Der vorgenannte Sicherungsring ist zweckmäßigerweise bandförmig ausgebildet. Die bandförmige Gestaltung gewährleistet auch bei dünnem Material eine ausreichende Festigkeit. Außerdem kann die Bandfläche für Beschriftungsmaßnahmen genutzt werden, um beispielsweise typspezifische Informationen des Membranantriebes zur Verfügung zu stellen, zum Beispiel den maximalen Hub der Antriebseinheit oder die maximal zulässige Höhe der fluidischen Druckbeaufschlagung.
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Der Sicherungsring ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er die Rastverbindungseinrichtung von radial außen her unsichtbar abdeckt. Auf diese Weise kann auch hohen Ansprüchen hinsichtlich der Reinigungsfreundlichkeit Rechnung getragen werden.
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Es ist von Vorteil, wenn der Sicherungsring vor der Montage strangförmig ausgebildet ist und über zwei Endabschnitte verfügt, die beim Anbringen am Gehäuse durch Verschlussmittel aneinander fixiert werden. Die Verschlussmittel können dabei so ausgebildet sein, dass sie beim Anbringen des Sicherungsringes selbsttätig aktiviert werden.
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Vor allem dann, wenn die verrastend miteinander kooperierenden Komponenten der Rastverbindungseinrichtung als unmittelbare und insbesondere einstückige Bestandteile der Gehäuseteile ausgebildet sind, ist es vorteilhaft, wenn die beiden Gehäuseteile aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sind.
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Ein zweckmäßiger Aufbau des Membranantriebes sieht vor, dass die die beiden Arbeitskammern fluiddicht voneinander abteilende Membran unter axialer Vorspannung der Seitenwände der beiden zusammengefügten Gehäuseteile eingespannt ist. Durch die Einspannung ergibt sich zum einen ein optimaler Dichtkontakt und zum anderen eine wirksame Unterstützung des Zusammenhaltes der beiden Gehäuseteile.
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Zur Bildung der relativ zum Gehäuse axial beweglichen Antriebseinheit ist die Membran mit dem zugeordneten Stangenkörper zweckmäßigerweise verschraubt. Andere Arten der Verbindung sind jedoch ebenfalls möglich.
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Je nach Einsatzzweck und Funktionalität des Membranantriebes kann der Stangenkörper entweder nur eine der beiden Abschlusswände durchsetzen oder er durchsetzt nach Art einer durchgehenden Stange gleichzeitig beide Abschlusswände. In dem letztgenannten Fall kann die Möglichkeit bestehen, wahlweise jeden der beiden auf entgegengesetzten Seiten aus dem Gehäuse herausragenden Endabschnitte des Stangenkörpers zum Kraftabgriff zu nutzen.
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Wenn der Stangenkörper beide Abschlusswände durchsetzt, besteht auch die Möglichkeit, den die eine Abschlusswand durchsetzenden Längenabschnitt für den Kraftabgriff zu nutzen und den die andere Abschlusswand durchsetzenden Längenabschnitt zur Positionserfassung und/oder zur Positionsanzeige und/oder zur Positionsvorgabe.
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Der Membranantrieb kann so ausgebildet sein, dass beide von der Membran voneinander abgedichteten Arbeitskammern fluidbeaufschlagbar sind. In diesem Fall mündet in jede Arbeitskammer ein das Gehäuse oder die Antriebseinheit durchsetzender Steuerkanal, durch den hindurch eine gesteuerte Fluidbeaufschlagung der zugeordneten Arbeitskammer möglich ist. Der Membranantrieb kann somit nach Art eines doppeltwirkenden Linearantriebes eingesetzt werden.
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Es besteht ferner die Möglichkeit, in einer der Arbeitskammern eine die Membran in eine Grundstellung vorspannende Rückstellfedereinrichtung anzuordnen. Diese Maßnahme empfiehlt sich insbesondere dann, wenn die die Rückstellfedereinrichtung aufnehmende Arbeitskammer nicht zur Fluidbeaufschlagung genutzt wird. Auf diese Weise lässt sich sehr einfach ein einfachwirkender Linearantrieb realisieren.
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Bei einem vorteilhaften Aufbau besteht die Rückstellfedereinrichtung aus einer relativ starken Druckfedereinrichtung. Durch Beaufschlagung der anderen Arbeitskammer kann die Rückstellkraft kontinuierlich überwunden werden, so dass die Möglichkeit besteht, den Membranantrieb als Proportionalantrieb zu nutzen, bei dem der realisierte Hubweg proportional von der auferlegten fluidischen Druckkraft abhängt. Diese Betriebsweise wird durch die reibungslos im Gehäuseinnern bewegbare Membran noch zusätzlich begünstigt.
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Der Membranantrieb lässt sich für vielfältige Antriebsaufgaben nutzen. Er kann insbesondere überall dort eingesetzt werden, wo bisher schon konventionelle Kurzhubzylinder zum Einsatz kommen. Er eignet sich vor allem auch als Antrieb in der Prozessindustrie und dort insbesondere zur Betätigung von Prozessventilen unterschiedlichster Art. Er kann beispielsweise zur Betätigung eines Linearschieberventils genutzt werden oder auch als Antrieb für eine Quetschventil.
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Als Antriebsmedium zur Lieferung der fluidischen Antriebskraft kommt insbesondere Druckluft in Frage, wenngleich auch andere Druckgase oder auch Druckflüssigkeiten als Antriebsmedium nutzbar sind.
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Der Membranantrieb kann in ein und derselben Baugröße variabel für unterschiedliche Maximalhübe der Membran beziehungsweise der die Membran enthaltenden Antriebseinheit ausgelegt werden. Dies geschieht insbesondere dadurch, dass man ein oder mehrere Hubbegrenzungselemente bereitstellt, die in einer oder in beiden Arbeitskammern an der die betreffende Arbeitskammer begrenzenden Abschlusswand anbringbar sind und die als Anschlagmittel zur Hubbegrenzung fungieren. Der maximale Hubweg der Antriebseinheit wird somit durch die axiale Höhe des installierten Hubbegrenzungselementes definiert. Es besteht die Möglichkeit, zur Variation des Hubweges mehrere Hubbegrenzungselemente axial gestaffelt zu installieren. Alternativ können mehrere Hubbegrenzungselemente mit unterschiedlicher Höhe bereitgestellt werden, die alternativ in der betreffenden Arbeitskammer montierbar sind. Ein derartiger Aufbau des Membranantriebes hat den Vorteil, dass ohne Veränderung der äußeren Abmessungen ein und derselbe Membranantrieb für unterschiedliche Hubbereiche nutzbar ist. Vorzugsweise ist das mindestens eine Hubbegrenzungselement ringförmig ausgebildet und koaxial in der es aufnehmenden Arbeitskammer angeordnet.
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Zur Fixierung an seinem Einsatzort verfügt der Membranantrieb zweckmäßigerweise an der Außenseite seines Gehäuses über mindestens eine Befestigungsschnittstelle. Vorzugsweise befindet sich dabei eine zentrale Befestigungsschnittstelle in mittiger Anordnung außen an einer der beiden stirnseitigen Abschlusswände. Diese zentrale Befestigungsmöglichkeit gestattet es, den Membranantrieb bei seiner Montage über 360° hinweg in beliebiger winkelmäßiger Ausrichtung bezüglich seiner Längsachse auszurichten. Dementsprechend können für den Betrieb des Membranantriebes erforderliche Fluidleitungen und auch eventuell wegführende elektrische Kabel optimal positioniert werden.
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Als zentrale Befestigungsschnittstelle empfiehlt sich insbesondere ein Gewindeloch, in das eine Befestigungsschraube eindrehbar ist.
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Wenn die beiden Gehäuseteile was zugunsten einer einfachen Herstellung und eines geringen Gewichts zweckmäßigerweise der Fall ist, aus einem Kunststoffmaterial bestehen, kann die Befestigungsschnittstelle auch an einem aus Metall bestehenden Einsatzteil ausgebildet sein, das insbesondere bei der Spritzgießherstellung des zugeordneten Gehäuseteils in dessen Kunststoffmaterial eingebettet wird. Auf diese Weise kann trotz eines Kunststoffgehäuses eine hohe Festigkeit der Befestigungsschnittstelle gewährleistet werden.
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Es ist zweckmäßig, den Membranantrieb mit Positionserfassungsmitteln zur Erfassung mindestens einer bezüglich des Gehäuses eingenommenen Relativposition der die Membran und den Stangenkörper umfassenden Antriebseinheit auszustatten. Die Positionserfassungsmittel können es je nach Ausgestaltung und Anordnung ermöglichen, eine oder beide Hubendlagen der Antriebseinheit und/oder eine oder mehrere Zwischenpositionen der Antriebseinheit zu erfassen. Auch eine Wegmessung zur Kontrolle des gesamten Hubbereiches der Antriebseinheit kann vorgesehen sein.
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Zur Positionserfassung dienende Sensoren können beispielsweise an mindestens einem der beiden Gehäuseteile montiert sein. Man kann wenig Platz beanspruchende Sensoren somit direkt in mindestens ein Gehäuseteil integrieren.
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Zur Wegmessung können die Positionserfassungsmittel beispielsweise über einen Positionstransmitter verfügen, der auf ein mit der Antriebseinheit mitbewegtes Betätigungselement, insbesondere ein Permanentmagnet, anspricht. Wird der Membranantrieb zur Betätigung eines Prozessventils eingesetzt, lässt sich auf diese Weise sehr präzise der aktuelle Öffnungsgrad des Ventils überwachen.
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Problemlos kann der Membranantrieb auch mit einer optischen Positionserfassung ausgestattet werden. Hierzu kann der Stangenkörper beispielsweise über einen insbesondere durch Laserbearbeitung eingebrachten Strichcode oder Strichmaßstab verfügen, der durch einen am Gehäuse angeordneten optischen Sensor abtastbar ist.
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Ist eine explosionssichere Ausführung des Membranantriebes gewünscht, kann anstelle elektrisch arbeitender Positionserfassungsmittel auf Positionserfassungsmittel nichtelektrischer Art zurückgegriffen werden. Beispielsweise können magnetisch betätigbare Fluidschalter zur Positionserfassung genutzt werden.
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Nachstehend werden weitere Vorteile und optionale Maßnahmen bezüglich des Membranantriebes aufgeführt.
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Da das Gehäuse des Membranantriebes nur aus zwei haubenartigen Gehäuseteilen besteht, entfällt ein zusätzliches Zylinderrohr und es ergibt sich ein kompakter Aufbau mit nur wenigen Bauteilen. Der Einsatz einer Membran anstelle eines Kolbens reduziert die innere Reibung des Systems und gewährleistet ein optimales Ansprechverhalten. Außerdem ist keine Schmierung erforderlich.
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Der Membranantrieb ist zweckmäßigerweise mit einem zylindrisch und bevorzugt kreiszylindrisch gestalteten Stangenkörper ausgestattet. Alternativ kommt jedoch auch ein Stangenkörper mit mehreckiger und insbesondere mit viereckiger Querschnittskontur in Frage, da sich auf diese Weise besonders einfach eine Verdrehsicherung realisieren lässt. Ein verdrehgesicherter, insbesondere als Vierkant profilierter Stangenkörper hat den Vorteil, dass die Membran nicht mit Torsionsbelastungen beaufschlagt wird, was ihrer Lebenserwartung zugute kommt.
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Der Verzicht auf Schrauben zum gegenseitigen Fixieren der Gehäuseteile reduziert die Herstellkosten. Die zur gegenseitigen Fixierung der Gehäuseteile verwendeten Befestigungsmaßnahmen können gleichwohl problemlos so ausgebildet sein, dass die Gehäuseteile lösbar zusammengefügt sind und zu Reparaturzwecken jederzeit auch wieder voneinander getrennt werden können.
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Die Antriebseinheit kann im Innern des Gehäuses mit gummielastischen Puffermitteln ausgestattet sein, die einen gedämpften Aufprall in den Endlagen gewährleisten. Geeignete Endlagenpuffer können insbesondere axial beidseitig über die Membran vorstehen, so dass sie bei Erreichen einer Hubendlage auf eine der Antriebseinheit gegenüberliegende Abschlusswand treffen können. Die Endlagenpuffer sind zweckmäßigerweise als unmittelbare Bestandteile der Membran ausgebildet.
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Die erfindungsgemäß aneinander befestigten Gehäuseteile können sowohl aus Metall als auch aus einem Polymer und insbesondere aus einem Kunststoffmaterial bestehen.
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Kommt ein beide Abschlusswände durchsetzender Stangenkörper zum Einsatz, kann zumindest der die eine Abschlusswand durchsetzende Längenabschnitt zur Hubbegrenzung und/oder zur Positionserfassung der Antriebseinheit genutzt werden. Beispielsweise kann an diesem Längenabschnitt des Stangenkörpers außerhalb des Gehäuses ein Betätigungselement angeordnet sein, das mit einem gehäusefest fixierten Positionssensor kooperiert und bei dem es sich beispielsweise um ein Magnetelement handelt. Das Betätigungselement kann beispielsweise von einer Stellmutter getragen sein, die axial verstellbar auf einem Außengewinde des Längenabschnittes des Stangenkörpers sitzt und die mit Hilfe einer Kontermutter fixierbar ist. Der Positionssensor ist zweckmäßigerweise direkt oder indirekt am Gehäuse des Membranantriebes befestigt.
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An dem aus dem Gehäuse herausragenden Längenabschnitt des Stangenkörpers kann auch ein axial insbesondere justierbares Anschlagelement angeordnet sein, das durch Kooperation mit einem am Gehäuse angeordneten oder direkt vom Gehäuse gebildeten Gegenanschlagelement eine bestimmte Axialposition der Antriebseinheit vorgeben kann.
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Der Stangenkörper kann einstückig oder auch mehrteilig sein. Er kann beispielsweise zwei Stangenkörperelemente aufweisen, die von einander entgegengesetzten Seiten her an die Membran angesetzt sind und die jeweils einen der jeweils eine Abschlusswand durchsetzenden Längenabschnitte des Stangenkörpers bilden.
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Für die Membran empfiehlt sich ein durch eine Faseranordnung und/oder durch ein Gewebe verstärkter Aufbau. Die Verstärkungsmittel können insbesondere einseitig außen oder mittig im Innern des Membranmaterials angeordnet sein. Als Material für die Membran empfiehlt sich Gummi oder Silikon oder ein thermoplastisches Polyurethan. Es ist jedenfalls von Vorteil, wenn das Membranmaterial nicht nur flexibel, sondern auch gummielastisch verformbar ist.
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Der Membranantrieb kann zusätzlich mit Leuchtanzeigemitteln ausgestattet sein, die das Erreichen mindestens einer bestimmten Hubposition der Antriebseinheit signalisieren.
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Wenn der Stangenkörper zur Positionserfassung der Antriebseinheit genutzt wird, kommen alle gängigen Abfragemöglichkeiten in Frage. Außer der schon erwähnten optischen Abtastung ist selbstverständlich auch eine magnetische Abtastung möglich, indem beispielsweise in den Stangenkörper ein Magnetmaterial eingebettet wird, das von einem magnetfeldempfindlichen Positionssensor oder Wegaufnehmer erfassbar ist.
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Für den Stangenkörper empfiehlt sich insbesondere ein Aufbau aus Aluminium oder aus Edelstahl. Die beiden Gehäusedeckel sind zweckmäßigerweise spanlos gefertigt.
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Der Membranantrieb ermöglicht die Realisierung sehr schneller Bewegungen der Antriebseinheit. Dies kann beispielsweise genutzt werden zum Stanzen, Nieten, Lochen, Stempeln, Prägen, Ausstoßen oder Sortieren. Die bewegte Masse ist dabei sehr gering. Da zumindest diejenige Arbeitskammer, die nicht von einem Stangenkörper durchsetzt ist, hermetisch dicht ausführbar ist, lässt sich der Membranantrieb energetisch mit sehr hoher Effizienz betreiben. Auch auf Schmiermaßnahmen in Bezug auf die Membran kann verzichtet werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Membranantriebes mit Blick auf die Seite der Anschlussöffnungen,
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2 eine Seitenansicht des Membranantriebes mit Blickrichtung gemäß Pfeil II aus 1, wobei die Blickrichtung rechtwinkelig zur Längsachse des Gehäuses des Membranantriebes orientiert ist,
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3 eine isometrische Explosionsdarstellung des Membranantriebes,
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4 einen Längsschnitt des Membranantriebes gemäß Schnittebene IV-IV aus 2, wobei diese Schnittebene mit der Längsachse des Gehäuses zusammenfällt und eine bezüglich der Längsachse des Gehäuses axiale und radiale Ausdehnung hat,
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5 eine weitere perspektivische Außenansicht des Membranantriebes aus einem bezüglich 1 anderen Blickwinkel,
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6 eine perspektivische Darstellung des Membranantriebes vergleichbar der 1, jedoch teilweise aufgebrochen, so dass ein Blick ins Gehäuseinnere möglich ist,
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7 eine perspektivische Einzeldarstellung des einen der beiden Gehäuseteile,
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8 eine perspektivische Einzeldarstellung des anderen der beiden Gehäuseteile,
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9 einen Querschnitt durch den Membranantrieb gemäß Schnittebene IX-IX aus 4 im Bereich der Rastverbindungseinrichtung, und
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10 im Querschnitt einen Ausschnitt des Membranantriebes im Bereich der zum Schließen eines vorzugsweise vorhandenen Sicherungsringes dienenden Verschlussmittel.
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Der in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Membranantrieb ist zur mittels Fluidkraft gesteuerten Betätigung ausgelegt, wobei die Fluidkraft von einem nach Bedarf zuführbaren und abführbaren fluidischen Antriebsmedium geliefert wird. Bei diesem Antriebsmedium handelt es sich insbesondere um Druckluft. Der Membranantrieb kann aber auch mittels anderer gasförmiger Antriebsmedien und auch mittels flüssiger Antriebsmedien betrieben werden.
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Der Membranantrieb 1 verfügt über ein Gehäuse 2 mit einer Längsachse 3. Er verfügt außerdem über eine relativ zu dem Gehäuse 2 in Achsrichtung der Längsachse 3 linear bewegbare Antriebseinheit 4. Die Relativbewegung der Antriebseinheit 4 bezüglich des Gehäuses 2 wird durch die gesteuerte Fluidbeaufschlagung seitens des Antriebsmediums hervorgerufen.
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Das Gehäuse 2 verfügt über zwei haubenförmige Gehäuseteile 5, 6, die im Folgenden zur besseren Unterscheidung auch als erstes und zweites Gehäuseteil 5, 6 bezeichnet werden. Jedes Gehäuseteil 5, 6 verfügt über eine insbesondere im Wesentlichen scheibenförmige stirnseitige Abschlusswand 5a, 6a und eine sich einstückig koaxial daran anschließende ringförmige Seitenwand 5b, 6b.
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Jedes Gehäuseteil 5, 6 umrahmt mit seiner ringförmigen Seitenwand 5b, 6b eine mit axialem Abstand zur zugeordneten stirnseitigen Abschlusswand 5a, 6a angeordnete Öffnung 7a, 7b. Die beiden Gehäuseteile 5, 6 sind mit einander zugewandten Öffnungen 7a, 7b koaxial aneinander angesetzt, wobei sie gemeinsam einen Gehäuseinnenraum 8 begrenzen. Unter Mitwirkung der beiden ringförmigen Seitenwände 5b, 6b sind die Gehäuseteile 5, 6 aneinander befestigt.
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Jedes Gehäuseteil 5, 6 hat zweckmäßigerweise eine zumindest im Wesentlichen runde und insbesondere kreisrunde Außenkontur, die exemplarisch nur von einem im Übergangsbereich zwischen der stirnseitigen Abschlusswand 5a, 6a und der ringförmigen Seitenwand 5b, 6b außen an jedes Gehäuseteil 5, 6 angeformten Anschlussauge 11a, 11b unterbrochen ist. Die Anschlussaugen 11a, 11b erstrecken sich rippenähnlich in radialer Richtung bis in den Bereich der radial orientierten Außenkontur der zugeordneten Seitenwand 5b, 6b, wobei sie an ihren radial nach außen weisenden Abschlussflächen jeweils eine Anschlussöffnung 12a, 12b aufweisen, die zur Zufuhr und Abfuhr des Antriebsmediums geeignet ist.
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Die Antriebseinheit 4 verfügt über eine im Gehäuseinnenraum 8 angeordnete und sich dort quer zu der Längsachse 3 erstreckende Membran 13. Die Membran 13 ist zweckmäßigerweise im Wesentlichen topfähnlich vorgeformt. Sie verfügt über biegeflexible Eigenschaften und besteht insbesondere aus einem gummielastischen Membrankörper, der mit einer integrierten oder außen angesetzten Gewebeverstärkung kombiniert ist.
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Entsprechend der Gestaltung der ringförmigen Seitenwände 5b, 6b hat die Membran 13 exemplarisch eine kreisförmige Außenkontur. Sie verfügt radial außen über einen ununterbrochen umlaufenden, insbesondere wulstartig ausgeformten Befestigungsrand 14, mit dem sie zwischen den beiden ringförmigen Seitenwänden 5b, 6b unter axialer Vorspannung eingespannt ist. Unter Mitwirkung der Membran 13 wird der Gehäuseinnenraum 8 fluiddicht in zwei axial aufeinanderfolgende, im Folgenden als erste und zweite Arbeitskammer 15a, 15b bezeichnete Arbeitskammern unterteilt. Die am ersten Gehäuseteil 5 angeordnete erste Anschlussöffnung 12a kommuniziert über einen die Wandung des ersten Gehäuseteils 5 durchsetzenden ersten Steuerkanal 16a mit der ersten Arbeitskammer 15a, während die am zweiten Gehäuseteil 6 angeordnete zweite Anschlussöffnung 12b über einen die Wandung des zweiten Gehäuseteils 6 durchsetzenden zweiten Steuerkanal 16b mit der zweiten Arbeitskammer 15b kommuniziert. Mithin kann durch die beiden Steuerkanäle 16a, 16b hindurch jede Arbeitskammer 15a, 15b mit Fluiddruck beaufschlagt oder druckentlastet werden.
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Die Antriebseinheit 4 enthält als weiteren Bestandteil außer der Membran 13 auch noch ein als Stangenkörper 17 bezeichnetes stangenförmiges Bauteil, das einenends im zentralen Bereich der Membran 13 befestigt ist und das sich ausgehend von der Membran 13 in Achsrichtung der Längsachse 3 erstreckt, wobei es gleitverschieblich durch eine die stirnseitige Abschlusswand 5a des ersten Gehäuseteils 5 durchsetzende Durchtrittsöffnung 18 nach außen hin hindurchtritt. Der Stangenkörper 17 hat einen außerhalb des Gehäuses 2 angeordneten Abgriffsabschnitt 22, an dem die von der Antriebseinheit 4 ausgeführte Bewegung oder ausgeübte Stellkraft abgreifbar ist, um beispielsweise einen Ventilkörper eines mit dem Membranantrieb 1 kombinierten Prozessventils zu betätigen.
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In der Durchtrittsöffnung 18 sind geeignet ausgebildete ringförmige Führungsmittel 23 und Dichtungsmittel 24 angeordnet, die den Stangenkörper 17 koaxial umschließen und die dafür sorgen, dass der Stangenkörper 17 einerseits bezüglich des Gehäuses 2 exakt linear verschiebbar geführt ist und dass andererseits ein Fluidaustritt aus dem Gehäuseinnenraum 8 durch die Durchtrittsöffnung 18 hindurch ausgeschlossen ist.
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Zweckmäßigerweise ist die Membran 13 mittels einer Schraubverbindungseinrichtung 25 an dem Stangenkörper 17 fixiert. Hierzu greift exemplarisch eine Befestigungsschraube 26 von der Seite der zweiten Arbeitskammer 15b durch die Membran 13 hindurch und ist in den Stangenkörper 17 eingeschraubt, so dass die Membran 13 zwischen einerseits dem Stangenkörper 17 und andererseits einem Schraubenkopf 27 der Befestigungsschraube 26 eingespannt ist. Durch die Einspannung ergibt sich auch eine fluiddichte Verbindung, die einen Fluidübertritt zwischen den beiden Arbeitskammern 15a, 15b verhindert.
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Es versteht sich, dass die Membran 13 auch durch andere Befestigungsmaßnahmen an dem Stangenkörper 17 fixiert sein kann, beispielsweise durch Vernieten.
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Die Antriebseinheit 4 enthält zweckmäßigerweise auch noch zwei Abstützteller 28, deren Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Gehäuseinnenraumes 8 und die sich in zur Längsachse 3 koaxialer Anordnung auf beiden axialen Seiten der Membran 13 an selbige anschließen. Die Abstützteller 28 sind in die Schraubverbindungseinrichtung 25 eingegliedert und liegen mit axialer Vorspannung von entgegengesetzten Axialseiten her an der Membran 13 an. An ihrem radial außen liegenden Randbereich können die Abstützteller 28 zur Membran 13 hin konvex abgerundet sein, so dass sich je eine gewölbte Abstützfläche 29 ergibt, an der sich die Membran 13 abstützen und abwälzen kann, wenn sie zum Zwecke einer Betätigung der Antriebseinheit 4 durch entsprechende Fluidbeaufschlagung axial ausgelenkt wird.
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Der Abstützteller 28 kann beispielsweise aus einer Scheibe bestehen, die am Außenrand zur Bildung der Abstützfläche 29 axial umgebogen sein kann.
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Beim Ausführungsbeispiel können beide Arbeitskammern 15a, 15b mit einem fluidischen Antriebsmedium beaufschlagt werden. In Abhängigkeit von der dadurch eingestellten Druckdifferenz zwischen den beiden Arbeitskammern 15a, 15b kann auf diese Weise eine axiale Auslenkung des radial innerhalb des eingespannten Befestigungsrandes 14 liegenden Bereiches der Membran 13 hervorgerufen werden, so dass sich auch der Stangenkörper 17 entsprechend mitbewegt. Auf diese Weise ergibt sich eine lineare Antriebsbewegung 34 der Antriebseinheit 4 in Achsrichtung der Längsachse 3 relativ zum Gehäuse 2.
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Wenn beide Arbeitskammern 15a, 15b gesteuert mit einem fluidischen Antriebsmedium beaufschlagbar sind, liegt eine doppeltwirkende Ausführung des Membranantriebes 1 vor, bei der die Antriebseinheit 4 in beiden axialen Richtungen mittels Fluidkraft betätigbar ist.
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Der Membranantrieb 1 kann allerdings auch als einfachwirkender Antrieb konzipiert werden, wobei nur eine der beiden Arbeitskammern 15a, 15b fluidbeaufschlagbar ausgebildet ist oder zur Fluidbeaufschlagung genutzt wird und wobei in einer der beiden Arbeitskammern 15a oder 15b eine Rückstellfedereinrichtung 33 angeordnet ist, die sich einerseits am Gehäuse 2 und andererseits an der Antriebseinheit 4 abstützt und durch die die Antriebseinheit 4 in eine Grundstellung vorgespannt ist. Eine solche Rückstellfedereinrichtung 33 ist in der Zeichnung schematisch angedeutet. Sie ist insbesondere als Druckfedereinrichtung ausgebildet und zweckmäßigerweise als Schraubenfedereinrichtung konzipiert, wobei sie den im Gehäuseinnenraum 8 angeordneten Längenabschnitt des Stangenkörpers 17 koaxial umschließt.
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Eine gegebenenfalls vorhandene Rückstellfedereinrichtung 33 kann sich seitens der Antriebseinheit 4 insbesondere an einem der schon erwähnten Abstützteller 28 abstützen.
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Um die Antriebseinheit 4 im drucklosen Zustand in einer stabilen Grundstellung zu halten, kann die Rückstellfedereinrichtung 33 auch dann vorhanden sein, wenn der Membranantrieb 1 als doppeltwirkender Antrieb genutzt wird.
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Die durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung hervorrufbare lineare Antriebsbewegung der Antriebseinheit 4 ist in der Zeichnung bei 34 durch einen Doppelpfeil angedeutet.
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Die Antriebseinheit 4 ist zweckmäßigerweise zwischen zwei Hubendlagen bewegbar. Eine der Hubendlagen ist die weiter oben erläuterte Grundstellung. In jeder Hubendlage stützt sich die Antriebseinheit 4 an der Innenfläche einer der beiden stirnseitigen Abschlusswände 5a, 6a ab.
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Der eingespannte Befestigungsrand 14 der Membran 13 verläuft zweckmäßigerweise in einer zu der Längsachse 3 rechtwinkeligen Befestigungsebene. Diese Befestigungsebene ist insbesondere eine Mittelebene für die mögliche axiale Auslenkbewegung der Membran 13. In der einen Hubendlage ist die Membran 13 ausgehend von der Befestigungsebene in Richtung zu der einen stirnseitigen Abschlusswand 5a verformt, in der anderen Hubendlage ist sie in Richtung zur anderen stirnseitigen Abschlusswand 6a verformt. In jeder Hubendlage der Antriebseinheit 4 weist die Membran 13 zweckmäßigerweise eine topf- oder becherähnliche Gestalt auf.
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An der Außenseite des Gehäuses 2 befindet sich zweckmäfligerweise mindestens eine Befestigungsschnittstelle 35, über die sich das Gehäuse 2 des Membranantriebes 1 an einer externen Struktur befestigen lässt. Exemplarisch ist eine solche Befestigungsschnittstelle 35 axial außen an dem nicht von dem Stangenkörper 17 durchsetzten zweiten Gehäuseteil 6 angeordnet, und zwar insbesondere an zentraler Stelle, so dass sie von der Längsachse 3 durchsetzt wird.
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Die zentrale Befestigungsschnittstelle 35 ist insbesondere in der Form eines zu der Längsachse 3 koaxialen Gewindeloches realisiert, unter dessen Mithilfe sich das Gehäuse 2 im Rahmen einer Schraubverbindung extern befestigen lässt.
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Ein Vorteil der zentralen Befestigungsschnittstelle 35 besteht darin, dass das Gehäuse 2 bezüglich der Längsachse 3 relativ beliebig ausrichtbar ist, bevor die endgültige Befestigung stattfindet. Auf diese Weise lässt sich das Gehäuse 2 entsprechend den am Einsatzort vorhandenen Gegebenheiten variabel drehwinkelmäßig ausrichten. Insbesondere lassen sich dadurch die Anschlussöffnungen 12a, 12b optimal orientieren.
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Abweichend vom Ausführungsbeispiel kann der Stangenkörper 17 auch so ausgebildet sein, dass er den Gehäuseinnenraum 8 axial vollständig durchsetzt und auch eine an dem zweiten Gehäuseteil 6 ausgebildete weitere Durchtrittsöffnung axial verschieblich durchquert. Ein derartiger Stangenkörper 17 kann entweder einstückig ausgebildet sein oder über mehrere, insbesondere im Bereich der Membran 13 miteinander verbundene Stangenelemente verfügen.
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Bei einem solchen Membranantrieb 1 können zwei einander axial entgegengesetzt orientierte Abgriffsabschnitte 22 der Antriebseinheit 4 zur wahlweisen Nutzung zur Verfügung gestellt werden.
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Wenn ein Stangenkörper 17 das Gehäuse 2 axial vollständig durchsetzt, kann mindestens einer der beiden außerhalb des Gehäuses 2 angeordneten Endabschnitte zur Positionserfassung und/oder zur Hubeinstellung der Antriebseinheit 4 genutzt werden.
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Wie in der Zeichnung schematisch angedeutet ist, kann der Membranantrieb über mindestens ein im Innern mindestens einer Arbeitskammer 15a, 15b angeordnetes Hubbegrenzungselement 36 verfügen, das an der der Membran 13 zugewandten axialen Innenfläche mindestens einer stirnseitigen Abschlusswand 5a, 6a fixierbar oder fixiert ist. Mit Hilfe eines solchen Hubbegrenzungselementes 36 kann die normalerweise unmittelbar durch eine stirnseitige Abschlusswand 5a, 6a vorgegebene Hubendlage der Antriebseinheit 4 abweichend vorgegeben werden. Das eingesetzte Hubbegrenzungselement 36 begrenzt den axialen Hub der Antriebseinheit 4 und ermöglicht es dadurch, ohne Veränderung des grundsätzlichen Aufbaus des Membranantriebes eine Variation des durch die Antriebseinheit 4 zur Verfügung gestellten Hubes vorzunehmen.
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Das Hubbegrenzungselement 36 kann beispielsweise durch eine Schraubverbindung oder eine Klebeverbindung am zugeordneten Gehäuseteil 5, 6 fixiert sein. Es besteht die Möglichkeit, mehrere Hubbegrenzungselemente 36 in kaskadierter Form gleichzeitig zu installieren, um je nach Anzahl der installierten Hubbegrenzungselemente 36 unterschiedliche maximale Hübe zu definieren. Es besteht ebenso die Möglichkeit, mehrere Hubbegrenzungselemente 36 unterschiedlicher Länge zur Verfügung zu stellen, die je nach gewünschtem maximalem Hub alternativ im Gehäuse 2 installierbar sind.
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Das Hubbegrenzungselement 36 ist zweckmäßigerweise ringförmig ausgebildet und kann vorzugsweise in bezüglich der Längsachse 3 koaxialer Ausrichtung installiert sein. Es handelt sich bei ihm um ein bezüglich des Gehäuses 2 separates Bauteil, das nur bei entsprechender Anforderung installiert wird.
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zweckmäßigerweise ist der Membranantrieb 1 mit Positionserfassungsmitteln 37 ausgestattet, die es ermöglichen, mindestens eine bezüglich des Gehäuses 2 eingenommene Relativposition der Antriebseinheit 4 zu erfassen. Die Positionserfassungsmittel 37 können ausgelegt sein, um eine oder beide Hubendlagen der Antriebseinheit 4 zu detektieren und/oder um mindestens eine Zwischenposition zwischen den beiden Hubendlagen zu detektieren und/oder um den gesamten Hubweg der Antriebseinheit 4 kontinuierlich zu erfassen.
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Besonders zweckmäßig ausgebildete Positionserfassungsmittel 37 enthalten eine an der Außenseite jedes Gehäuseteils 5, 6 angeordnete und insbesondere in unmittelbarer Nachbarschaft eines jeweiligen Anschlussauges 11a, 11b angeordnete Befestigungsnut 38, die insbesondere parallel zu der bezüglich der Längsachse 3 radial orientierten Längserstreckung des betreffenden Anschlussauges 11a, 11b ausgerichtet ist. Jede Befestigungsnut 38 ist dazu ausgebildet, um einen Positionssensor 42 aufzunehmen, der berührungslos durch ein im Gehäuseinnenraum 8 an der Antriebseinheit 4 angeordnetes und insbesondere als Permanentmagnet ausgebildetes Betätigungselement 43 betätigbar ist. Jeder Positionssensor 42 spricht insbesondere dann an, wenn die Antriebseinheit 4 die zugeordnete Hubendlage erreicht hat.
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Die Befestigungsnut 38 ist insbesondere an einer an das benachbarte Anschlussauge 11a, 11b angeformten Befestigungsrippe 44 ausgebildet. Indem die Befestigungsnut 38 aufgrund der bezüglich der Längsachse 3 radialen Längsausrichtung der Befestigungsnut 38 zur radialen Außenseite des Gehäuses 2 hin ausmündet, können dort bequem die für den Anschluss der Positionssensoren 42 benötigten elektrischen Kabel weggeführt werden.
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Die Positionserfassungsmittel 37 sind in der Zeichnung nur schematisch angedeutet.
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Ein oder beide Gehäuseteile 5, 6 des Gehäuses 2 bestehen zweckmäßigerweise aus einem Polymermaterial und hierbei insbesondere aus einem Kunststoffmaterial. Hierbei können die Gehäuseteile 5, 6 sehr einfach und kostengünstig spanlos gefertigt werden. Außerdem weist der Membranantrieb 1 in diesem Fall ein nur geringes Gewicht auf. Es versteht sich allerdings, dass auch eine Metallausführung möglich ist, wobei die Gehäuseteile 5, 6 insbesondere aus Aluminium oder aus Edelstahl hergestellt werden. Auch eine Realisierung aus Verbundmaterialien ist möglich.
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Die beiden Gehäuseteile 5, 6 sind im Bereich ihrer einander zugewandten ringförmigen Seitenwände 5b, 6b durch eine vorteilhaft ausgebildete Rastverbindungseinrichtung 45 aneinander befestigt.
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Die Rastverbindungseinrichtung 45 kann prinzipiell bezüglich der beiden Gehäuseteile 5, 6 separate Rastelemente aufweisen, die gleichzeitig an die beiden Gehäuseteile 5, 6 ansetzbar sind, um selbige durch formschlüssiges Verrasten miteinander zu verbinden. Es wird jedoch als vorteilhafter angesehen, wenn die Rastverbindungseinrichtung 45, wie dies beim Ausführungsbeispiel der Fall ist, ohne zusätzliche, separate Elemente unmittelbar zwischen den beiden ringförmigen Seitenwänden 5b, 6b wirksam ist. Die Rastverbindungseinrichtung 45 ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass die Rastverbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen 5, 6 durch bloßes axiales Zusammenstecken der beiden Gehäuseteile 5, 6 in der Achsrichtung der Längsachse 3 hergestellt werden kann.
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Beim Ausführungsbeispiel verfügt jede ringförmige Seitenwand 5b, 6b über eine der Seitenwand 6b, 5b des jeweils anderen Gehäuseteils 6, 5 axial zugewandte ringförmige Spannfläche 46a, 46b. Die Membran 13 greift mit ihrem Befestigungsrand 14 zwischen die beiden Spannflächen 46a, 46b ein und ist zwischen den beiden Spannflächen 46a, 46b aufgrund des Umstandes fest eingespannt, dass die beiden Gehäuseteile 5, 6 durch die Rastverbindungseinrichtung 45 in axialer Richtung zusammengespannt werden.
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Um den Befestigungsrand 14 kontrolliert zu beaufschlagen und um eine reproduzierbare axiale Relativposition der miteinander verbundenen Gehäuseteile 5, 6 zu erzielen, können an den beiden Gehäuseteilen 5, 6 auch noch einander axial zugewandte Abstützflächen vorhanden sein, die miteinander kooperieren. Beim Ausführungsbeispiel ist dies jedoch nicht der Fall.
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Die Membran 13 weist an ihrem Befestigungsrand 14 zweckmäßigerweise einen zur Längsachse 3 konzentrischen Wulst auf, in den je eine axial offene Ringnut eintaucht, die an jeder Spannfläche 46a, 46b ausgebildet ist.
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Die Rastverbindungseinrichtung 45 enthält erste Rastvorsprungmittel 47a und zweite Rastvorsprungmittel 47b. Die ersten Rastvorsprungmittel 47a sind – insbesondere einstückig – an der Seitenwand 5b des ersten Gehäuseteils 5 angeordnet.
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Die zweiten Rastvorsprungmittel 47b sind – insbesondere einstückig – an der Seitenwand 6b des zweiten Gehäuseteils 6 angeordnet. In beiden Fällen erstrecken sich die Rastvorsprungmittel 47a, 47b in der Umfangsrichtung des Gehäuses 2, worunter die Richtung um die Längsachse 3 herum zu verstehen ist.
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Die zum ersten Gehäuseteil 5 gehörenden ersten Rastvorsprungmittel 47a weisen an ihrer vom zweiten Gehäuseteil 6 axial wegweisenden Seite mindestens eine erste axiale Rastfläche 48a auf. Die am zweiten Gehäuseteil 6 angeordneten zweiten Rastvorsprungmittel 47b weisen mindestens eine vom ersten Gehäuseteil 5 axial abgewandte zweite axiale Rastfläche 48b auf. Im miteinander verrasteten Zustand der beiden Gehäuseteile 5, 6 hintergreifen sich die ersten und zweiten Rastvorsprungmittel 47a, 47b gegenseitig derart, dass sie mit einander in Achsrichtung der Längsachse 3 zugewandten ersten und zweiten axialen Rastflächen 48a, 48b aneinander anliegen. Durch den Kontakt zwischen den ersten und zweiten axialen Rastflächen 48a, 48b wird die axiale Klemmkraft erzeugt, mit der die beiden ringförmigen Seitenwände 5b, 6b axial mit der Membran 13 verspannt sind.
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Die Rastvorsprungmittel 47a, 47b ragen jeweils in bezüglich der Längsachse 3 radiale Richtung. Die axialen Rastflächen 48a, 48b sind mithin an seitlichen Flanken der Rastvorsprungmittel 47a, 47b ausgebildet.
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Die Rastverbindungseinrichtung 45 ist insbesondere so ausgebildet, dass die an der jeweils gleichen Seitenwand 5b, 6b angeordneten Rastvorsprungmittel 47a, 47b untereinander in die gleiche axiale Richtung orientiert sind. Beim Ausführungsbeispiel ist dies der Fall. Hier ragen die zum ersten Gehäuseteil 5 gehörenden ersten Rastvorsprungmittel 47a radial nach innen, während die zum zweiten Gehäuseteil 6 gehörenden zweiten Rastvorsprungmittel 47b durchweg radial nach außen ragen.
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Zweckmäßigerweise sind zumindest die an einem der beiden Gehäuseteile 5, 6 angeordneten Rastvorsprungmittel 47a oder 47b als Bestandteile von insbesondere einstückig an der zugeordneten Seitenwand 5b oder 6b angeordneten individuellen Rasthaken 51 ausgebildet. Beim Ausführungsbeispiel trifft diese Konstellation auf die am ersten Gehäuseteil 5 angeordneten ersten Rastvorsprungmittel 47a zu. Die ringförmige Seitenwand 5b des ersten Gehäuseteils 5 trägt mehrere in der Umfangsrichtung des Gehäuses 2 verteilte und durch bevorzugt schlitzartige Zwischenräume 53 voneinander getrennte Rasthaken 51, die in radialer Richtung zumindest geringfügig federelastisch auslenkbar sind.
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Die Rasthaken 51 haben zweckmäßigerweise eine kreisbogenförmige Erstreckung, wobei das Bogenzentrum auf der Längsachse 3 liegt. Exemplarisch enthalten die ersten Rastvorsprungmittel 47a insgesamt drei derartige bogenförmige Rasthaken 51, die sich jeweils über eine Bogenlänge von etwas weniger als 120° erstrecken.
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Die Rasthaken 51 überragen die an der Seitenwand 5b angeordnete Spannfläche 46a in axialer Richtung hin zum zweiten Gehäuseteil 6. Indem die Zwischenräume 53 relativ schmal ausgebildet sind, ergibt sich trotz einer Unterteilung der ersten Rastvorsprungmittel 47a in mehrere Rasthaken 51 eine kragenähnliche oder ringähnliche Struktur.
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Jeder Rasthaken 51 verfügt über einen insbesondere stegförmigen Tragabschnitt 54, der axial einenends einstückig mit der ringförmigen Seitenwand 5b des ersten Gehäuseteils 5 verbunden ist. Die ersten Rastvorsprungmittel 47a bestehen aus mehreren ersten Rastvorsprüngen 55a, von denen jeweils mindestens einer mit axialem Abstand zu der ersten Spannfläche 46a an der der Längsachse 3 zugewandten radialen Innenseite eines jeden stegförmigen Tragabschnittes 54 ausgebildet ist. Die ersten Rastvorsprünge 55a sind zweckmäßigerweise jeweils rippenförmig ausgebildet und haben eine bogenförmig gekrümmte Längserstreckung, entsprechend dem gekrümmten Verlauf des jeweils zugeordneten Rasthakens 51.
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Somit liegt insbesondere hinsichtlich des ersten Gehäuseteils 5 ein Zustand vor, bei dem die ersten Rastvorsprungmittel 47a von mehreren um die Längsachse 3 des Gehäuses 2 herum verteilt angeordneten individuellen Rastvorsprüngen 55a gebildet sind.
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Die zweiten Rastvorsprungmittel 47b sind von einem einzigen, zu der Längsachse 3 konzentrischen ringförmigen zweiten Rastvorsprung 55b gebildet. Ein solcher ringförmiger Rastvorsprung 55b hat keine oder nur minimale radiale Nachgiebigkeit. Jedenfalls ist die elastische Verformbarkeit in bezüglich der Längsachse 3 radialer Richtung bei segmentförmigen, nicht zu einem geschlossenen Ring miteinander verbundenen Rastvorsprüngen wie den ersten Rastvorsprüngen 55a wesentlich ausgeprägter.
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Exemplarisch befindet sich die am zweiten Gehäuseteil 6 ausgebildete zweite Spannfläche 46b an der Stirnseite eines zur Längsachse 3 konzentrischen ringförmigen Tragabschnittes 56, der ein einstückiger Bestandteil des zweiten Gehäuseteils 6 ist. Der ringförmige zweite Rastvorsprung 55b sitzt radial außen an diesem ringförmigen Tragabschnitt 56.
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Im zusammengesteckten und verrasteten Zustand der beiden Gehäuseteile 5, 6 taucht das zweite Gehäuseteil 6 mit seinem ringförmigen Tragabschnitt 56 konzentrisch in die ringförmige Mehrfachanordnung von Rasthaken 51 des ersten Gehäuseteils 5 ein, so dass der ringförmige Tragabschnitt 56 einschließlich seines ringförmigen zweiten Rastvorsprunges 55b radial außen von den Rasthaken 51 und insbesondere auch von den ersten Rastvorsprüngen 55a übergriffen wird.
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Die ersten Rastvorsprünge 55a greifen auf der dem ersten Gehäuseteil 5 abgewandten Seite axial hinter den ringförmigen zweiten Rastvorsprung 55b, wobei sich eine radiale Überlappung der ersten Rastvorsprünge 55a mit dem zweiten Rastvorsprung 55b ergibt. Auf diese Weise kommen die oben bereits erwähnten axialen Rastflächen 48a, 48b in Kontakt miteinander und bilden eine formschlüssige Verriegelung.
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Die zweite axiale Rastfläche 48b ist beim Ausführungsbeispiel eine Ringfläche. Seitens der ersten Rastvorsprungmittel 47a weist jeder Rastvorsprung 55a eine kreisbogenförmig gekrümmte streifenförmige erste axiale Rastfläche 48a auf.
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Die Anordnung einzelner, individueller Rastvorsprünge und eines ringförmigen Rastvorsprunges könnte abweichend vom Ausführungsbeispiel auch vertauscht sein. Denkbar wäre es auch, die Rastverbindungseinrichtung 45 an beiden Gehäuseteilen 5, 6 mit einem ringförmig in sich geschlossenen Rastvorsprung auszubilden. Eine solche Rastverbindung ist jedoch in der Regel unlösbar. Aus diesem Grunde wird es vorgezogen, wenigstens an einem der beiden Gehäuseteile 5 oder 6 auf individuelle Rasthaken 51 zurückzugreifen.
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Zweckmäßigerweise weist die ringförmige Seitenwand 6b des zweiten Gehäuseteils 6 einen im Fußbereich des ringförmigen Tragabschnittes 56 angeordneten und radial nach außen ragenden, bezüglich der Längsachse 3 koaxialen Flanschabschnitt 57 auf. Dieser Flanschabschnitt 57 überragt zweckmäßigerweise auch die an dem Tragabschnitt 56 angeordneten zweiten Rastvorsprungmittel 47b. Durch den Flanschabschnitt 57 und die diesbezüglich axial vorgelagerten zweiten Rastvorsprungmittel 47b wird eine zur Längsachse 3 konzentrische, nach radial außen hin offene Ringnut 58 definiert, in die die ersten Rastvorsprungmittel 47a eingreifen.
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Zweckmäßigerweise erstrecken sich die ersten Rastvorsprungmittel 47a beziehungsweise die Rasthaken 51 axial bis in unmittelbare Nähe des Flanschabschnittes 57. Auch eine Berührung ist denkbar. Auf diese Weise wird einem Eindringen von Verunreinigungen in den Bereich der Rastverbindungseinrichtung 45 entgegengewirkt.
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Die Rastverbindungseinrichtung 45 lässt sich optimal realisieren, wenn die beiden Gehäuseteile 5, 6 aus einem Kunststoffmaterial bestehen. Die Gehäuseteile 5, 6 können dabei einschließlich der die Rastverbindungseinrichtung 45 bildenden Komponenten einstückig gefertigt werden, insbesondere spanlos und hierbei zweckmäßigerweise durch Spritzgießen.
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Um für die Befestigungsschnittstelle 35 trotz des Kunststoffmaterials der Gehäuseteile 5, 6 eine ausreichende Festigkeit zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, ein die mindestens eine Befestigungsschnittstelle 35 definierendes metallisches Einsatzteil 62 im Material des betreffenden Gehäuseteils 5 oder 6 zu verankern, insbesondere mittels formschlüssig wirkender Maßnahmen.
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Beim Zusammenbau des Gehäuses 2 werden die beiden Gehäuseteile 5, 6 axial zusammengesteckt, wobei die von den Rasthaken 51 gebildeten ersten Rastvorsprungmittel 47a kurzzeitig unter elastischer Verformung nach radial außen ausgelenkt werden.
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Dies wird dadurch begünstigt, dass sie stirnseitig am Rand abgeschrägt sind. Sobald sie die zweiten Rastvorsprungmittel 47b passiert haben, schnappen sie zurück und rasten hinter den zweiten Rastvorsprungmitteln 47b ein. Die hierbei erzielte Festigkeit reicht prinzipiell aus, um die beiden Gehäuseteile 5, 6 sicher aneinander zu fixieren.
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Insbesondere bei sicherheitsrelevanten Anwendungen und/oder wenn der Membranantrieb mit hohem Druck betrieben wird, kann es gleichwohl vorteilhaft sein, die einmal hergestellte Rastverbindung durch zusätzliche Maßnahmen zu sichern und an einem unbeabsichtigten Entrasten zu hindern.
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Eine entsprechende Sicherungsmaßnahme ist beim Ausführungsbeispiel realisiert. Hier kommt als Sicherungsmittel ein Sicherungsring 63 zum Einsatz, der radial außen koaxial zur Längsachse 3 um die radial auslenkbaren ersten Rastvorsprungmittel 47a herum angeordnet ist und der ein Anschlagmittel bildet, das ein axial nach außen gerichtetes Bewegen der ersten Rastvorsprungmittel 47a verhindert.
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Der Sicherungsring 63 ist im Fügebereich der beiden ringförmigen Seitenwände 5b, 6b um das Gehäuse 2 herumgelegt, wobei er mit der Außenfläche des Gehäuses 2 zweckmäßigerweise radial verspannt ist.
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Der Sicherungsring 63 ist zweckmäßigerweise bandförmig ausgebildet. Vorzugsweise besteht er aus Metall und hierbei insbesondere aus Edelstahl. Vor allem durch eine bandförmige Gestaltung des Sicherungsringes besteht die vorteilhafte Möglichkeit, die Rastverbindungseinrichtung 45 bei installiertem Sicherungsring 63 in von außen her unsichtbarer Weise abzudecken. Dies ist beim Ausführungsbeispiel realisiert.
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Der Sicherungsring 63 flankiert beim Ausführungsbeispiel die Rasthaken 51 an ihrer den ersten Rastvorsprüngen 55a radial entgegengesetzten Außenseite. Zweckmäßigerweise erstreckt sich der Sicherungsring 63 auch über die Zwischenräume 53 hinweg und deckt selbige somit ab.
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Vorzugsweise bilden die beiden Gehäuseteile 5, 6 in ihrem Fügebereich an der Außenoberfläche eine sich rings um das Gehäuse 2 herum erstreckende Aufnahmenut 64, in der der bevorzugt in radialer Richtung relativ dünn ausgebildete Sicherungsring 63 so aufgenommen ist, dass er über die sich axial anschließenden Abschnitte der Gehäuseteile 5, 6 nicht radial übersteht. Eine der beiden seitlichen Flanken der Aufnahmenut 64 ist zweckmäßigerweise von dem Flanschabschnitt 57 gebildet.
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Beim Ausführungsbeispiel ist der bevorzugt bandförmige Sicherungsring 63 lediglich bezüglich des die Rasthaken 51 aufweisenden ersten Gehäuseteils 5 radial verspannt. Am zweiten Gehäuseteil 6 stützt sich der Sicherungsring 63 in radialer Richtung nicht ab.
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Insbesondere bei bandförmiger Gestaltung eignet sich der Sicherungsring 63 in vorteilhafter Weise für Beschriftungsmaßnahmen. An seiner Außenseite können Produktinformationen aufgedruckt sein. Das Aufbringen der Produktinformationen kann sehr einfach vor der Montage des Sicherungsringes geschehen, weil dieser zweckmäßigerweise aus einem über eine endliche Länge verfügenden Strangkörper besteht, der erst bei der Montage am Gehäuse 2 zu einem Ringkörper zusammengefügt wird.
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Dementsprechend verfügt der Sicherungsring 63 über zwei einander entgegengesetzte erste und zweite Endabschnitte 65, 66, denen Verschlussmittel 67 zur gegenseitigen Fixierung und zum Schließen des Ringkörpers zugeordnet sind.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Verschlussmittel 67 ist insbesondere in 10 illustriert. Demnach ist in dem ersten Endabschnitt 65 eine Öse 68 ausgebildet, durch die eine endseitige Verschlusslasche 72 des zweiten Endabschnittes 66 hindurchsteckbar ist. Vor dem Hindurchstecken durch die Öse 68 ist die Verschlusslasche 72 gemäß der gepunkteten Darstellung um etwa 90° bezüglich des sich anschließenden Bereiches des zweiten Endabschnittes 66 abgebogen. Wenn anschließend, durch von radial außen her erfolgende Beaufschlagung des zweiten Endabschnittes 66, die Verschlusslasche 72 durch die Öse 68 hindurchgeschoben wird, gleitet die Verschlusslasche 72 an einer am Gehäuse 2 ausgebildeten und insbesondere einen schrägen Verlauf aufweisenden Führungsfläche 73 ab und wird gemäß Pfeil 74 derart umgebogen, dass der zweite Endabschnitt 66 mit dem ersten Endabschnitt 65 verhakt ist.
