DE3632807C2

DE3632807C2 - Diaphragm actuator

Info

Publication number: DE3632807C2
Application number: DE19863632807
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Wolf; Uwe Reichert; Hans-Peter Dietz
Original assignee: Wolf Woco & Co Franz J; Woco Franz Josef Wolf and Co GmbH
Current assignee: Wolf Woco & Co Franz J; Woco Franz Josef Wolf and Co GmbH
Priority date: 1986-09-26
Filing date: 1986-09-26
Publication date: 1995-07-27
Anticipated expiration: 2006-09-27
Also published as: DE3632807A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Membranstellantrieb für eine Beaufschlagung mit einem Arbeitsfluid, das unter Über druck oder Unterdruck steht, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.The invention relates to a membrane actuator for a Application of a working fluid that is under About pressure or negative pressure, with those in the preamble of Claim 1 mentioned features.

Solche Rollmembran-Stellantriebe sind in zahlreichen kon struktiven Ausgestaltungen in den verschiedensten Berei chen der Technik im Einsatz und werden beispielsweise im Kraftfahrzeugbau vor allem zum Stellen und Steuern von Verriegelungen eingesetzt. So werden beispielsweise im Kraftfahrzeugbau Rollmembran-Stellantriebe der genannten Art im Rahmen der Zentralverriegelung, zur Tankklappen verriegelung, zur Sitzverstellung und zu anderen Zwecken verwendet. Such roller diaphragm actuators are available in numerous con structural designs in a wide variety of areas Chen the technology in use and are for example in Motor vehicle construction especially for setting and controlling Interlocks used. For example, in Motor vehicle construction roll diaphragm actuators of the above Type in the context of central locking, for fuel filler flaps locking, for seat adjustment and for other purposes used.

Stellantriebe der hier in Rede stehenden Art weisen eine Arbeitsplatte auf, die mit der Rollmembran fest verbunden ist, meist in diese einvulkanisiert ist, und starr ange formt eine Stellstange trägt bzw. mit dieser fest verbun den ist, die zur Betätigung entweder des Stellorgans selbst oder einer Übertragungsstrecke zum Stellorgan aus dem Gehäuse des Stellantriebs herausgeführt ist. Bei der überwiegenden Mehrzahl der bekannten Stellantriebe ist die Stellstange jeweils zentral auf der Arbeitsplatte angeordnet und auch zentral aus dem Gehäuse herausgeführt (DE 32 43 774 A1). Bei einer Reihe von Anwendungsfällen ist es jedoch erfor derlich, die Stellstange exzentrisch oder peripher auf der Arbeitsplatte zu befestigen und aus dem Gehäuse heraus zu führen. Zum Teil ist diese Forderung aus der Notwendigkeit heraus entstanden, den Stellantrieb an eingeschränkte vor handene Einbaumöglichkeiten anzupassen. Häufiger wird in jüngerer Zeit aber das Zentrum der Arbeitsplatte zu ande ren konstruktiven Zwecken benötigt, so daß die Stellstange eines Stellantriebs der hier in Rede stehenden Art aus die sem Grund an die Peripherie der Arbeitsplatte verlegt wer den muß.Actuators of the type in question have one Worktop on, which is firmly connected to the rolling membrane is, mostly vulcanized into it, and rigidly attached forms an actuator rod or firmly connected to it which is to operate either the actuator itself or a transmission path to the actuator the housing of the actuator is led out. In the predominant majority of the known actuators the control rod centrally on the worktop arranged and also led out centrally from the housing (DE 32 43 774 A1). However, it is required in a number of use cases derlich, the control rod eccentric or peripheral on the Fasten the worktop and out of the housing to lead. This requirement is partly due to necessity emerged out of the actuator to restricted front adapt existing installation options. More common is in more recently but the center of the countertop to others ren constructive purposes so that the control rod an actuator of the type in question from here for this reason who relocated to the periphery of the worktop that must.

Unerwarteterweise hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß Rollmembran-Stellantriebe mit peripher angeordneter Stellstange eine signifikante Verminderung der Lebens dauer aufweisen. So sollen Rollmembran-Stellantriebe der genannten Art Standzeiten von drei bis fünf Millionen Schaltzyklen haben, während Rollmembran-Stellantriebe mit exzentrischer Stellstange selten mehr als nur eine Million Schaltzyklen überdauern.Unexpectedly, however, it has been shown in practice that that roller diaphragm actuators with peripherally arranged Control rod a significant reduction in life have duration. So roll diaphragm actuators should mentioned kind of downtimes of three to five million Have switching cycles while using roller diaphragm actuators eccentric control rod rarely more than a million Switch cycles last.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und einen Rollmembran-Stellantrieb der hier in Rede stehenden Art konstruktiv so zu gestalten, daß er signifikant verbesserte Standzeiten aufweist.The invention is based on the object, remedy here to create and a rolling diaphragm actuator which here to construct constructively in such a way that it has significantly improved service life.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung einen Membranstellantrieb, der neben den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen erfindungswesentlich durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 auf geführten Merkmale gekennzeichnet ist.The invention provides a solution to this problem Diaphragm actuator, which in addition to those in the preamble of Features mentioned claim 1 essential to the invention by the in the characterizing part of claim 1 is characterized.

Stellantriebe mit exzentrisch angeordneter Stellstange neigen naturgemäß dazu, daß die Arbeitsplatte der Roll membran im Betrieb geringfügig verkantet. Lange Zeit war vermutet worden, daß hierin der Grund für das vor zeitige Einreißen der Rollmembran, die stets der Grund für den Ausfall eines Stellantriebselementes der genann ten Art war, zu suchen sei. Überraschenderweise zeigten jedoch die Versuche der Anmelderin, daß eine in ihrer Lage von der Orthogonalität abweichende Arbeitsplatte keinen Einfluß auf die Lebensdauer der Rollmembran hat. Erst die gezielte weitere Suche zeigte dann, daß während einer bestimmten Phase des Hubtaktes des Antriebselemen tes die Rollmembran so weit über den Rand der Membran- Arbeitsplatte nach radial einwärts umschlägt, daß sie sich um die peripher angeordnete Stellstange von radial außen nach radial innen herumlegt. Dieser Vorgang führt zu zusätzlichen Faltungen, die quer zur Rollfalte liegen und dadurch im Schnittbereich beider Faltungen zu Kniffun gen führt, in denen offensichtlich der Grund für den beob achteten Ausfall der Rollmembran und damit des Antriebs elementes bei exzentrischer Anordnung der Stellstange zu suchen ist.Actuators with an eccentrically arranged control rod naturally tend to that the countertop of the roll membrane slightly tilted during operation. Long time had been suspected that this was the reason for this timely tearing of the rolling membrane, which is always the reason for the failure of an actuator element called was the way to look. Surprisingly showed however, the applicant 's attempts to find one in its Worktop position deviating from orthogonality has no influence on the lifespan of the rolling membrane. Only the targeted further search then showed that during a certain phase of the stroke cycle of the drive element tes the rolling membrane so far over the edge of the membrane Countertop turns over radially in that it radially around the peripherally arranged control rod lying around radially inside. This process leads to additional folds that lie across the roll fold and thereby in the intersection of both folds to pinch leads in which the reason for the observ respected failure of the rolling membrane and thus the drive element with eccentric arrangement of the control rod is looking for.

Ausgehend von dieser Erkenntnis sieht die Erfindung bei einem Membranstellantrieb der eingangs genannten Art mit exzentrischer Stellstange vor, daß rund um den Außenrand der Arbeitsplatte der Rollmembran herum eine zylindrische Begrenzungswand nach Art einer Zarge verläuft, die eine einschlagen der Rollmembran auf die Oberfläche der Arbeits platte rundum auf der gesamten Oberfläche der Arbeits platte verhindert. Dies führt dazu, daß die Stellstange sogar bis unmittelbar an und in diese um die Arbeitsplatte umlaufende Zarge an den Rand der Arbeitsplatte gestellt werden kann.The invention is based on this finding a membrane actuator of the type mentioned eccentric control rod in front of that around the outer edge around the worktop of the roll membrane a cylindrical one Boundary wall runs like a frame, the one hammer the rolling membrane onto the surface of the work plate all around on the entire surface of the work plate prevented. This causes the control rod even right up to and in this around the worktop all-round frame placed on the edge of the worktop can be.

Prinzipiell ist die axiale Höhe dieser Zarge so zu bemessen, daß der beabsichtigte Effekt eintritt, daß nämlich die Rollmembran auf die Oberfläche der Arbeitsplatt nicht über schlägt. Mit dieser Maßgabe als Bemessungskriterium er gibt sich, daß ein zuverlässig und mit langer Lebensdauer arbeitender Membranstellantrieb in jedem Fall erhalten wird, wenn die Höhe der Arbeitsplattenzarge vorzugsweise zumin dest im wesentlichen ungefähr gleich einem Viertel der Ar beitshubhöhe des Stellantriebs bzw. zumindest im wesentli chen ungefähr gleich der halben axialen Länge der ausgezo genen Rollmembran ist.In principle, the axial height of this frame should be dimensioned that the intended effect occurs, namely the Roll membrane not on the surface of the worktop beats. With this stipulation as the design criterion he gives that a reliable and long life working diaphragm actuator is obtained in any case, if the height of the worktop frame is preferably at at least approximately equal to a quarter of the ar beitshubhöhe the actuator or at least substantially Chen approximately equal to half the axial length of the extracted gen roll membrane is.

Ein solcherart aufgebauter Rollmembranstellantrieb weist eine Standzeit auf, die sogar über der mittleren Standzeit liegt, die für herkömmliche Rollmembranen mit einer in der Mitte der Arbeitsplatte befestigten Stellstange gemessen werden.Such a roller diaphragm actuator has a service life that is even above the average service life which is for conventional roller membranes with a Measuring rod attached to the middle of the worktop become.

Die Erfindung schafft also einen Membranstellantrieb mit exzentrisch befestigter Stellstange, wobei ein solcher Membranantrieb durch eine ungewöhnlich hohe Betriebsstand zeit, gemessen in Taktzyklen bis Ausfall, gekennzeichnet ist. Dies bedeutet, daß damit ein für die Praxis taugli cher Membranstellantrieb vorgelegt wird, dessen Zentrum für die Anordnung anderer Konstruktionselemente oder Funktionselemente verfügbar ist. Insbesondere im Hinblick auf die zunehmend häufigere Verwendung verriegelbarer Stellantriebe der hier in Rede stehenden Art, also sol cher Stellantriebe, die nach Betätigung nicht durch ein Einwirken auf die Stellstange von außen verstellbar sind, ist ein Stellantrieb gemäß der Erfindung deshalb von beson derem Interesse, weil dann im Zentrum der Arbeitsplatte ein Notentriegelungsventil vorgesehen sein kann. Ein sol ches Notentriegelungssystem ist vorzugsweise zentral ange ordnet und so ausgelegt, daß ein unter Federvorspannung und/oder Fluiddruck geschlossener Ventilkörper mit einer Zugstange verbunden ist, die aus dem Gehäuse des Stell antriebs herausgeführt und von außen zu betätigen ist.The invention thus creates a membrane actuator eccentrically attached control rod, one such Diaphragm drive due to an unusually high operating status time, measured in clock cycles until failure, marked is. This means that it is suitable for practice cher membrane actuator is submitted, the center for the arrangement of other construction elements or Functional elements is available. Especially with regard lockable to the increasingly common use Actuators of the type in question here, so sol cher actuators that are not activated by a Acting on the control rod are adjustable from the outside, is therefore an actuator according to the invention of beson their interest because then in the center of the worktop an emergency release valve can be provided. A sol ches emergency release system is preferably centrally arranges and designed so that a spring preload and / or fluid pressure closed valve body with a Drawbar is connected, which from the housing of the Stell drive out and can be operated from the outside.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungs beispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläu tert. Es zeigen:The invention is based on an embodiment example in conjunction with the drawings tert. Show it:

Fig. 1 einen Membranstellantrieb im Axialschnitt; und Fig. 1 is a diaphragm actuator in axial section; and

Fig. 2 einen Schnitt nach II-II in Fig. 1. Fig. 2 shows a section according to II-II in FIG. 1.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiels des Membranstellantriebs gemäß der Erfindung gezeigt. In der Trennebene eines aus zwei Teilen 1, 2 bestehenden Gehäu ses 3 ist eine Rollmembran 4 fluiddicht eingespannt, in die zentral eine Arbeitsplatte 5 aus einem glasfaser verstärkten Kunststoff einvulkanisiert ist. Am Außenrand der Arbeitsplatte 5 ist eine senkrecht zur Hauptebene der Arbeitsplatte stehende Stellstange 6 dergestalt fluid dicht befestigt, daß die über einen Anschlußstutzen 7 mit Unterdruck beaufschlagbare Arbeitskammer 8 hermetisch gegen die Druckausgleichskammer 9 abgedichtet ist. Die Stellstange 6 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbei spiel an beiden Stirnseiten des rotationssymmetrisch runden Gehäuses 3 herausgeführt, wodurch eine günstige Führung für die exzentrische Stellstange erreicht wird. An den aus dem Gehäuse 3 herausragenden Enden der Stell stange 6 können Stellgestänge, Stellgetriebe oder unmittel bar Stellorgane angekoppelt sein. Für das Wesen der vorlie gend beschriebenen Erfindung ist die Art und Weise der Nutzung der Stellstange unwichtig.In Figs. 1 and 2, an embodiment of the diaphragm actuator is shown according to the invention. In the parting plane of a two-parts 1, 2 3 Gehäu ses a rolling diaphragm 4 is clamped fluid-tightly, in the centrally a working plate 5 is vulcanized from a glass fiber reinforced plastic. On the outer edge of the worktop 5 , a vertical rod 6 perpendicular to the main plane of the worktop is fastened in such a fluid-tight manner that the working chamber 8, which can be acted upon by a connecting piece 7, is hermetically sealed against the pressure compensation chamber 9 . The actuating rod 6 is in the game shown here Ausführungsbei on both ends of the rotationally symmetrical round housing 3 led out, whereby a favorable guide for the eccentric actuating rod is achieved. At the protruding from the housing 3 ends of the actuating rod 6 actuating linkage, actuating gear or direct bar actuators can be coupled. For the essence of the vorlie invention described, the way of using the actuating rod is unimportant.

Die Arbeitsplatte 5 ist, in der Darstellung der Fig. 1, an ihrer Unterseite mit einer in sich geschlossen rings um den Außenrand der Arbeitsplatte 5 umlaufenden Zarge 10 einstückig ausgebildet. Die Arbeitsplatte 5 und die Zarge 10 sind in die Membran bei deren Herstellung mit einvulkanisiert, gleichsam also mit dem Material der Rollmembran 4 vollständig umschließend beschichtet. Dies dient sowohl der mechanisch guten Verankerung der Arbeitsplatte an der Rollmembran als auch der Gewähr leistung einer hermetischen Abdichtung der Arbeits kammer 8.The worktop 5 is, in the illustration of FIG. 1, formed in one piece on its underside with a frame 10 which is closed around itself around the outer edge of the worktop 5 . The worktop 5 and the frame 10 are vulcanized into the membrane during their manufacture, that is to say they are coated with the material of the rolling membrane 4 completely surrounding them. This serves both the mechanically good anchoring of the worktop to the rolling membrane and the guarantee of a hermetic seal of the working chamber 8th

Zentral ist in der Arbeitsplatte 5 ein Ventilsitz 11 vor gesehen. Dem Ventilsitz 11 ist ein scheibenförmiger Ven tilkörper 12 zugeordnet, der teils unter Beaufschlagung durch die Feder 13, teils durch ein in der Arbeitskammer 8 herrschendes Arbeitsvakuum dicht auf den Ventilsitz gepreßt wird. Durch den Ventilkörper und den Ventilsitz hindurch greift eine Zugstange 14 eines Handgriffs 15, der auch die Feder 13 trägt, die auf einer Sicherungs scheibe 16 und, gegenüberliegend, von innen her am Ventil sitzkörper 11 abgestützt ist. A valve seat 11 is seen centrally in the worktop 5 . The valve seat 11 is assigned a disk-shaped Ven valve body 12 , which is pressed tightly onto the valve seat, partly under the action of the spring 13 , partly through a working vacuum prevailing in the working chamber 8 . Through the valve body and the valve seat grips a tie rod 14 of a handle 15 , which also carries the spring 13 , the washer on a locking disk 16 and, opposite, from the inside on the valve seat body 11 is supported.

In der in Fig. 1 gezeigten Stellung befindet sich die Arbeitsplatte 5, bezogen auf das Gehäuse 3, in ihrer oberen Hubstellung. Bei Anlegen eines Unterdrucks am Stutzen 7 wird die Arbeitsplatte 5 auf das Gehäuse teil 2 zu in ihre untere Arbeitsstellung gezogen, wo bei die Stellstange 6 axialverschoben wird. Bei dieser Überführung der Arbeitsplatte 5 aus ihrer Stellung im Gehäuseteil 1 in ihre Stellung in dem Gehäuseteil 2 beginnt die präformierte Wulstausbildung 17 entlang der schwach keglig ausgebildeten Innenwand 18 des Ge häuseteils 2 in dieses hinein abzurollen. Die dabei auftretenden und insbesondere zu Beginn dieser Bewegung zu überwindenden Materialspannungen führen dazu, daß die Membran 4 zwischen ihrer Anbindung 19 an der Arbeits platte und ihrer Anbindung 20 in der Trennebene zwischen den beiden Gehäuseteilen 1 und 2 nach radial innen aus baucht. Während sich diese Ausbauchung bei herkömmlichen Rollmembranen mit Arbeitsplatte auf die Randbereiche der dem Gehäuseteil 2 zugekehrten Oberfläche der Arbeits platte 5 auflegen, werden sie bei dem Membranstellantrieb gemäß der Erfindung von der radialen Außenwand der Zarge 10 aufgenommen und aufgefangen, und zwar in der Weise, daß die sich verformende Rollmembran 4 die Stellstange 6 nicht mehr berührt. Dadurch wird die Kniffung vermieden, die zum vorzeitigen Ausfall herkömmlicher Stellmembranen mit exzentrischer Stellstange geführt haben. Mit dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wurden vergleichs weise hochfrequente Testversuche nach 4 Mio. Hubtakten ohne Ausfall der Membran abgebrochen.In the position shown in FIG. 1, the worktop 5 is in its upper stroke position with respect to the housing 3 . When applying a vacuum to the nozzle 7 , the worktop 5 is drawn to the housing part 2 in its lower working position, where the actuating rod 6 is axially displaced. In this transfer of the working plate 5 from its position in the housing part 1 in its position in the housing part 2, the preformed bead formation 17 starts along the weak conically shaped inner wall 18 of the Ge häuseteils 2 in this in unroll. The material stresses that occur and in particular to be overcome at the beginning of this movement result in the membrane 4 bulging radially inward between its connection 19 on the work plate and its connection 20 in the parting plane between the two housing parts 1 and 2 . While this bulge in conventional rolling membranes with a worktop on the edge areas of the housing part 2 facing surface of the worktop 5 , they are received and collected in the membrane actuator according to the invention from the radial outer wall of the frame 10 , in such a way that the deforming rolling membrane 4 no longer touches the control rod 6 . This avoids the pinching that led to the premature failure of conventional control diaphragms with an eccentric control rod. With the exemplary embodiment shown in FIG. 1, comparative high-frequency test attempts were terminated after 4 million stroke cycles without failure of the membrane.

Claims

1. Membrane actuator for the application of a working fluid that is under positive or negative pressure, the actuator consisting of a fluid-tightly clamped roller membrane ( 4 ) in a two-part housing ( 3 ), in which a worktop ( 5 ) is clamped or vulcanized centrally which carries an actuating rod ( 6 ) in the outer edge region of the worktop, perpendicular to its main plane, which is led out of the housing for actuating purposes, characterized in that the worktop ( 5 ) at least on the side on which the membrane ( 4 ) rolls during normal operation, carries a frame ( 10 ) which is closed on the outer edge of the worktop.

2. Actuator according to claim 1, characterized in that the actuating rod ( 6 ) is embedded directly in the frame ( 10 ).

3. Actuator according to one of claims 1 or 2, characterized in that the axial height of the frame ( 10 ) over the upper surface of the worktop ( 5 ) is at least substantially equal to the quarter stroke height of the actuator, corresponding to approximately equal to half the axial Length of the extended roller membrane ( 4 ).

4. Actuator according to one of claims 1 to 3, characterized in that a pull rod ( 14 ) engages centrally on the worktop ( 5 ), via which an emergency valve ( 11 , 12 ) arranged in the worktop can be opened.