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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft einen druckfluidbeaufschlagten Antrieb für
Stellorgane der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art Es ist bekannt,
einen derartigen Stellantrieb monodirektional oder bidirektional zu betreiben. Beim
bidirektional aktiven Stellantrieb wird die Stellmembran einseitig wahlweise mit
einem unter Überdruck oder Unterdruck stehenden Druckfluid, vorzugsweise einem Gas,
insbesondere Luft, beaufschlagt.
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Beim monodirektional aktiven Stellantrieb wird die Stellmembran durch
Federkraft in ihrer Ruhestellung gehalten und entweder durch Überdruck oder durch
Unterdruck in ihre Arbeitsstellung überführt.
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Diese "Bidruckelemente" und "Monodruckelemente" kommen in den verschiedensten
Bereichen der Technik zum Stellen und Steuern unterschiedlichster Prozesse und Stellglieder
zum Einsatz. Vor allem in Form von Bidruckelementen werden diese Stellantriebe in
großer Stückzahl im Kraftfahrzeugbau verwendet. Hier dienen sie vor allem zum Stellen
von Verriegelungen wie beispielsweise Türverriegelungen, Verriegelungen von Tankstutzendeckeln
und Kofferraumhauben und zur Aggregatsteuerung wie beispielsweise zur Auf-Zu-Steuerung
des Absperrventils für die Fahrgastraumbeheizung.
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Bei bekannten Stellantrieben ist an die Stellstange abtriebseitig
ein Kipphebel angelenkt, der seinerseits an das Stellorgan angeschlossen wird. Dieser
Kipphebel dient dazu, die translatorische Hubbewegung der Stellstange in eine Drehbewegung
zum Steuern des Stellorgans umzuwandeln. Bei Verwendung eines derartigen Kipphebelmechanismus
wird die Kippbewegung auch auf die Stellstange und damit auf die Membran übertragen,
was sich zumindest bei einer hohen Steuerfrequenz nachteilig auf die Lebensdauer
der Membran auswirkt.
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Es ist auch bekannt, die Stellstange in einer am Arbeitsgehäuse ausgebildeten
Hülse axial zu führen. In diesem Fall wird zwar die Membran weitgehend von der Kippbewegung
des Kipphebels isoliert, dafür wird aber die Führungshülse durch die Kippkomponente
in der Hubbewegung der Stellstange stark belastet, und es besteht die Gefahr, daß
die Führungshülse ausschlägt.
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Dies ist vor allem deshalb problematisch, da dann die Stellstange
in der ausgeschlagenen Hülse zum Verkanten neigt, wodurch die einwandfreie Funktionsweise
des Stellantriebs gefährdet ist.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten, mittels eines Kipphebels an
das Stellorgan anzuschließenden Stellantriebe betrifft die Montage bei der Fließbandfertigung.
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Hierbei sind immer zwei Arbeitsschritte oder Handgriffe erforderlich,
um den Stellantrieb am Stellorgan anzuschließen. In einem ersten Schritt muß das
Gehäuse des druckfluidbeaufschlagten Stellantriebs ortsfest gegenüber dem Stellorgan
befestigt werden und es ist ein zweiter Arbeitsschritt erforderlich, um den Kipphebel
des Stellantriebs am Stellorgan kraftschlüssig anzukoppeln. Insbesondere mit Hinblick
auf die Serienfertigung im Kraftfahrzeugbau erweist sich diese Art des Anschlusses
als aufwendig, nicht zuletzt deshalb, weil hier auf den Einsatz von Montagerobotern
verzichtet werden muß.
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Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, einen eingangs genannten druckfluidbeaufschlagten Stellantrieb zu schaffen,
der bei reduziertem Platzbedarf kostengünstig fertigbar ist, einfach am Stellorgan
angeschlossen werde kann und hinsichtlich seiner Funktiossicherheit verbessert ist.
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Dieser erfindungsgemäß vorzugsweise im Kraftfahrzeugbau eingesetzte
Stellantrieb benötigt einen relativ geringen Platzbedarf beim Einbau, der gegenüber
bekannten Stellantrieben um etwa 40% reduziert ist. Die kompakte Bauweise des erfindungsgemäßen
Antriebs folgt aus der Verwendung eines Zahnstangengetriebes, das äußerst platzsparend
in einem gemeinsamen Gehäuse mit der vom Druckfluid beaufschlagten Membran untergebracht
ist. Gerade mit Hinblick auf hohe Schaltfrequenzen weist dieser Stellantrieb eine
große Funktionssicherheit auf, da das als Zahnstange ausgeführte Stellorgan seine
membrangesteuerte Hubbewegung frei von Kippkomponenten ausführt.
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Durch Verwendung des Zahnstangengetriebes läßt sich die axiale Führung
der Zahnstange in einfachster Weise realisieren. So genügt es beispielsweise, die
mit einem Zahnrad des Getriebes in Kämmeingriff stehende Zahnstange diesem Kämmeingriff
gegenüberliegend
durch einen Nocken zu führen, der von der Innenwandung
des Zahnstangengetriebegehäuses vorstehend an diesem Gehäuse ausgebildet ist.
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Die einfachste Ausführung des Zahnstangengetriebes sieht neben der
Zahnstange lediglich ein einziges von der Zahnstange gekämmtes Zahnrad vor, das
mit einem geeigneten Anschlußelement zur kraftschlüssigen Ankopplung an das Stellorgan
versehen ist. Üblicherweise ist am Stellorgan eine Stellachse in Form einer Vierkantachse
vorgesehen. In diesem Fall ist es ausreichend, am Abtriebszahnrad eine zur Zahnradachse
koaxiale komplementäre Ausnehmung vorzusehen, in welche die Vierkantachse über eine
Ausnehmung im Zahnstangengetriebegehäuse eingesetzt werden kann.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht Koppelorgane
vor, die am Antriebsgehäuse, vor allem am Arbeitsgehäuseteil ausgebildet sind und
auf komplementäre, ortsfeste Koppelorgane unter gleichzeitiger Ausbildung einer
zumindest kraftschlüssigen Ankopplung des abtreibenden Ausgangs des Zahnstangengetriebes
an das Stellorgan aufsteckbar oder aufschiebbar sind. Ein dergestalt von Seiten
des Gehäuses und des Zahnstangengetriebes zum Anschluß an das Stellorgan vorbereiteter
Stellantrieb erlaubt eine einfache Fließbandmontage unter Einsatz einer prozeßrechnergesteuerten
Maschine, da lediglich ein einziger, simpler Arbeitsschritt, nämlich eine Aufsteck-
oder Aufschiebbewegung erforderlich ist, um die Halterung mit dem funktionsgemäßen
Anschluß des Stellantriebs herzustellen.
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Zur Realisation der Koppelorgane stehen dem Fachmann ohne weiteres
unzählige Möglichkeiten zur Verfügung. So können beispielsweise im Bereich des Stellorgans
Schienen vorgesehen sein, wobei die dazu komplementär ausgebildeten Koppelorgane
am Antriebsgehäuse die Form von Schienenaufnehmern aufweisen, die zumidest im wesentlichen
parallel zur Anschlußachse des Stellorgans und zur Achse des Abtriebszahnrads des
Zahnstangengetriebes verlaufen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
es vorgesehen, sämtliche Teile des Stellantriebs einschließlich des Antriebsgehäuses
aus Kunststoff herzustellen. Vorzugsweise besteht das vom Arbeitsgehäuse und vom
Zahnstangengetriebegehäuse gebildete Antriebsgehäuse aus zwei Kunststoffschalen,
welche über ein elastisches Kunststoffscharnier oder Schwächungsscharnier miteinander
verbunden sind. Die beiden Gehäuseschalen sind randseitig mit Rastorganen versehen,
so daß das Zahnstangengetriebe zusammen mit der Membran und gegebenenfalls einer
Membranrückstellfeder durch Verrasten der beiden Kunststoffschalen verkapselbar
sind. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß diese beiden über eine elastische Verbindung
zusammenhängenden Gehäusekunststoffschalen bei der Spritzgußherstellung in einem
Takt spritzbar sind.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert
werden; die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
in Seitenansicht teilweise im Axialschnitt.
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Die Membran 10 ist in einem Arbeitsgehäuseteil 30 des Antriebsgehäuses.
angeordnet, welches weiterhin ein Getriebegehäuse 21 umfaßt, das einstückig auf
dem Arbeitsgehäuse 30 ausgebildet ist. Der nicht dargestellte untere Teil des Arbeitsgehäuses
30 bildet einen Druckraum, der in bekannter Weise über einen Anschlußstutzen mit
einem unter Überdruck oder Unterdruck stehenden Druckmittel beaufschlagbar ist.
Eine Arbeitsscheibe 11 ist in die Membran 10 einvulkanisiert oder an
die Membran
anvulkanisiert. Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist der Stellantrieb Teil einer Auf-Zu-Steuerung für das Heizungsabsperrventil eines
Kraftfahrzeugs, wobei das unter Unterdruck oder Überdruck in den Druckraum des Arbeitsgehäuses
30 zugeführte Druckfluid Luft ist. Bei Unterdruckbeaufschlagung werden die Membran
10 und die Arbeitsscheibe 11 in Richtung auf den nicht dargestellten Boden des Arbeitsgehäuses
gezogen. Bei Druckbeaufschlagung werden die Membran 10 und die Arbeitsscheibe 11
in Richtung auf den Deckel 31 des Arbeitsgehäuses 30 gezwungen. In der Figur ist
die Arbeitsscheibe 11 in ihrer unter Überdruckbeaufschlagung höchstmöglichen Arbeitsstellung
gezeigt, in welcher sie an den Deckel 33 des Arbeitsgehäuses anschlägt.
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Die Arbeitsscheibe 11 ist starr mit einer Stellstange in Form einer
Zahnstange 22 verbunden. Aus Dichtigkeitsgründen weist die Membran 10 im Bereich
des Fußes der Zahnstange 22 einen Kragen 12 auf, der dicht am Zahnstangenfuß anliegt.
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Die Zahnstange 22 bildet den Antriebsteil eines Zahnstangengetriebes
20, das im in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung lediglich
noch ein Abtriebsrad 23 aufweist, das über die Hälfte seines Umfangs mit einer Verzahnung
26 versehen ist. Die Verzahnung 26 wird von der Verzahnung 25 der Zahnstange 22
gekämmt und im Zentrum des Abtriebsrades bzw. des Abtriebszahnrades ist eine quadratische
Aussparung 29 vorgesehen, die mit einer nicht dargestellten Aussparung im Getriebegehäuseteil
21 fluchtet und dem Anschluß einer Vierkantachse dient, welche mit einem Stellorgan
verbunden ist.
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Die Kontur des Getriebegehäuses 21 ist platzsparend an die Form des
Zahnstangengetriebes 20 angepaßt und weist demnach im Bereich der Zahnstange 22
einen zylindrischen Hülsenbereich 28 auf. An der Innenwandung des zylindrischen
Hülsenbereichs 28 ist eine von der Innenwandung vorstehende Nocke 24 vorgesehen,
welche zur axialen Führung der Zahnstange 22 beiträgt. Zu diesem Zweck ist die Nocke
24 dem Zahnradkämmeingriff des Zahnstangengetriebes 20 gegenüberliegend an der Innenwandung
der zylindrischen Gehäusehülse 28 angeordnet und weist -eine verrundete Führungsfläche
auf. Durch die getroffenen Führungsmaßnahmen führt die Zahnstange 22 bei Druckfluidbeaufschlagung
der Membran 10 eine axiale Hubbewegung aus, die frei von Kippkomponenten ist.
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Auf dem Deckel 33 des Arbeitsgehäuseteils 30 sind Kulissenführungen
31, 32 ausgebildet. Diese Kulissenführungen erstrecken sich in Form von Schienenaufnehmern
zu beiden Seiten des Getriebegehäuseteils 21 und verlaufen parallel zur Achse des
Abtriebszahnrads 23.
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Diese Schienenaufnehmer 31, 32 dienen als Koppelorgane für die ortsfest
Ankopplung des Antriebsgehäuses 21, 30 im Bereich des Kraftfahrzeugstellorgans.
Die Koppelorgane sind kraftfahrzeugseitig komplementär zu den Schienenaufnehmern
31, 32, also als Schienen ausgebildet. Durch die axiale Ausrichtung der Schienenaufnehmer
31, 32 mit dem Abtriebszahnrad 23 wird gleichzeitig mit dem Aufsteckvorgang des
Antriebsgehäuses 21, 30 eine kraftschlüssige Ankopplung des abtreibenden Ausgangs
29 des Zahnstangengetriebes 20 erreicht, das heißt, der mit dem Stellorgan verbundene
Vierkantzapfen greift in die Vierkantausnehmung 29 des Abtriebszahnrads 23 ein,
sobald das Antriebsgehäuse 21, 30 mit seinen Schienenaufnehmern 31, 32 in die kraftfahrzeugseitig
vorgesehenen Schienen eingeführt ist. Auf diese Weise erfordert die funktionsgerechte
Montage
des Stellantriebs lediglich'einen einzigen Handgriff und es muß lediglich noch der
Druckschlauch auf den Anschlußstutzen im Unterteil des Arbeitsgehäuseteils 30 aufgesteckt
werden.
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