DE3741897A1 - Stellantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Ein solcher Stellantrieb ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 85 18 419 U1 bekannt. In einem zweiteiligen Gehäuse ist zwischen Deckel und Druckkammerteil eine sogenannte Rollmembran fluiddicht eingespannt, die aufgrund der Beaufschlagung mit dem Arbeitsfluid, das entweder unter Unterdruck oder unter Über­ druck stehen kann, oder unter der Rückholkraft einer Rückholfeder in eine von zwei stabilen Endlagen überführt werden kann. Bei diesen beiden Endlagen der Rollmembran handelt es sich um eine deckelnahe Lage und, gegenüberliegend, um eine kammerbodennahe Lage.

Das Problem mit Stellantrieben dieser Art liegt in den Forderungen der industriellen Anwender solcher Stelltriebe nach stets flacheren, die durch den Deckel des Gehäuses hinausgeführt ist und dem Stellen eines angeschlossenen Stellorgans dient.

Meist mit Unterdruck beaufschlagte Stellantriebe dieser Art werden in großer Stückzahl insbesondere im Kraftfahrzeug­ bau zum Stellen von Verriegelungen aller Art eingesetzt. Da die meisten der insbesondere in diesem Arbeitsgebiet zu stellenden Organe zum Verstellen eine durchaus beachtliche Kraft benötigen, können solche für den Kraftfahrzeugbau eingesetzten Stellantriebe prinzipiell nicht zu klein aus­ gelegt werden. Gleichzeitig dürfen jedoch solche Stell­ antriebe nicht so sperrig sein, daß sie nicht mehr in an­ sonsten nicht benötigten Freiräumen in der Karosserie unter­ bringbar sind. Diese Verhältnisse haben dazu geführt, daß Stellantriebe der hier in Rede stehenden Art zum Teil als sehr flache Aggregate ausgebildet sind. Die Rollmembran und das Gehäuse haben in axialer Projektion die Form eines flachen langgestreckten Rechtecks mit zumindest im wesent­ lichen halbkreisförmigen Schmalseiten und werden im allgemeinen kurz als "stadionförmig" bezeichnet. Bei solchen stadionförmigen Stellantrieben ist die Rollmembran jedoch insbesondere in den Bereichen kleiner, in der Radialebene liegender Krümmungs­ radien der Membranbegrenzung während des Betriebs starken und unkontrollierten Knickungen und Faltungen ausgesetzt. Dies führt in der Praxis dazu, daß solche schmalen stadion­ förmigen Rollmembran-Stellantriebe Aggregate sind, die durch Kniffrißbildung in der Rollmembran nicht die von den Anwendern geforderte Betriebslebensdauer aufbringen. Während die An­ wender eine fehlerfreie Funktion über mindestens 200 000 bis 300 000 Betätigungszyklen fordern, fallen solche Stellantriebe in der Praxis nicht selten bereits bei weniger als 100 000 Be­ tätigungen aus.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stellantrieb mit Rollmembran der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Membran auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen mindestens 400 000 Betätigungs­ zyklen fehlerfrei bleibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung einen Stellan­ trieb der eingangs genannten Art, dessen Membran gemäß der Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.

Der Kern der Erfindung ist also darin zu sehen, daß gemäß der Erfindung bei einer gebräuchlichen und herkömmlichen Membran mit Wannenform im entspannten Zustand die Membranwände nicht wie bisher üblich im Axialschnitt linear verlaufen, sondern mit einer nach radial und axial einwärts abfallenden Ring­ schulter zu versehen, die in die im Axialschnitt linearen Membranwandbereiche mit weich abgerundeten Übergangskonturen übergeht. Der beschreibende Begriff "weich" bezeichnet dabei ringförmige Hohlkehlen mit vergleichsweise großem Profil­ krümmungsradius.

Von diesen beiden weich konturierten Übergangsbereichen zwischen den zumindest im wesentlichen zylindrischen oder sich nur nach axial auswärts schwach konisch öffnenden Wandflächen der Rollmembran und dem nach axial und radial einwärts vor­ springenden Ringschulterabschnitt ist der radial und axial äußere Übergangsabschnitt in einer solchen axialen Höhe angeordnet, daß die Rollmembran bei bestimmungsgemäßer Ein­ baulage der Membran im Antriebsgehäuse zumindest im wesentlichen am unteren gerundeten Deckelzargenrand gerade spannungsfrei anliegt. Der radial und axial innere freistehende Übergangs­ bereich bildet dann im Betrieb des Stellantriebs die bereits im entspannten Zustand vorgebildete Rollfalte. Durch diese Vorbildung der Rollfalte bereits im entspannten Zustand der Membran kann auch im Bereich der engen radialen Krümmungsradien auf den Schmalseiten der Rollmembran eine Faltenbildung und Kniffbildung und damit erhöhter Verschleiß der Membran mit Sicherheit ausgeschlossen werden. Dies war, wie die Praxis gezeigt hat, selbst bei Verwendung der aus dem eingangs zitierten Stand der Technik bekannten Steuerzarge am Deckel nicht immer einwandfrei möglich. Erst die tat­ sächliche Vorformierung der freiliegenden Rollfalte in Ver­ bildung mit der steuernden Wirkung des zum Kammerboden weisenden abgerundeten Ringrandes der Deckelzarge vermag, wie Prüfungen am durchsichtigen Modell gezeigt haben, wirk­ lich zu gewährleisten, daß auch im Bereich der Schmalseiten solch schmaler und länglicher, kurz stadionförmiger Membran­ antriebe keine Faltenbildung, keine Kniffbildung und damit auch kein Gummiabrieb und keine Verformungsüberbeanspruchung des Gummis auftreten. Dies schließlich führt zu einer sprungartigen Verbesserung der mittleren Betriebslebensdauer einer solchen Rollmembran und damit des Stellantriebs selbst.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann eine weitere Widerstandsfähigkeit der Rollmembran gegen eine Falten­ bildung auch im Bereich enger Krümmungsradien dadurch erzielt werden, daß auf zumindest der Außenseite der Membranwand eine Folge feiner Rippen bandförmige in der Radialebene der Membran liegend umläuft. Vorzugsweise sind sowohl die Außenwandseite als auch die Innenwandseite der Rollmembran­ wand vollständig und durchgehend mit diesen feinen Horizontal­ ringrippen versehen, so daß also diese Wandflächen geriffelt oder gerippt sind. Dabei haben diese Stabilisierungsrippen Abstände und, bezogen auf die Membran, eine Höhe in radialer Richtung von nur Bruchteilen eines Millimeters.

Ein flacher stadionförmiger Stellantrieb, der mit einer solchen Membran ausgerüstet ist, läßt aufgrund der bislang vorliegenden Dauerversuchsergebnisse die Erwartung zu, daß im Mittel mindestens 400 000 fehlerfreie Betätigungen vorgenommen werden können.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt dabei die einzige Figur, nämlich die Fig. 1 im Axialschnitt und in schematischer Teildarstellung ein Ausführungs­ beispiel des Stellantriebs.

In der Darstellung der Fig. 1 ist ein Stellantrieb mit einer unter Arbeitsfluidbeaufschlagung axial versetzbaren Rollmembran 1 gezeigt, die mit einer zentralen Arbeits­ platte 2, die eine Stellstange 3 zur Übertragung der vom Stellantrieb gelieferten Verschiebearbeit dient, trägt, in einem zweiteiligen Gehäuse zwischen einem Druckkammer­ teil 4 und einem Deckel 5 peripher so eingespannt ist, daß die Membran 1 eine kammerbodennahe, in der Fig. 1 dargestellte, und eine deckelnahe, in der Fig. 1 nicht dargestellte, stabile Endstellung einnehmen kann. Der Deckel 5 weist eine in den Kammerteil 4 hineinragende peripher umlaufende Zarge 6 auf, die einen geschlossen umlaufenden kräftig abgerundeten und zum Kammerboden 7 weisenden Rand 8 aufweist, um den die Rollmembran 1 flächig und bündig anliegend herumgeführt ist, wenn sie sich in ihrer deckelnahen, verspannend beauf­ schlagten Stellung befindet. In der in Fig. 1 gezeigten kam­ merbodennahen Stellung der Rollmembran 1 befindet sich diese Rollmembran in einem praktisch vollkommen spannungsfreien Zustand.

In der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise hat die Membran 1 im entspannten Zustand und in Einbaustellung ausgerichtet die Form einer sich zum Deckel 5 hin öffnenden Wanne mit einem nach radial auswärts vorspringend peripher umlaufenden Einspannwulst 9, über den die Membran 1 in der Flügel­ stelle zwischen Kammerbodenteil 4 und Deckel 5 des Gehäuses eingespannt ist.

In der Seitenwand 10 der Membran 1 ist erfindungsgemäß eine nach radial und axial einwärts vorspringende und nach radial und axial einwärts konisch abfallende Ringschulter 11 mit weich abgerundeten Übergangskonturen 12, 13 ausgebildet. Dabei liegt die radial und axial innenliegende Übergangs­ kontur 13 frei und bildet bei Betrieb dieses Stellantriebs, d.h. bei Beaufschlagung des Stellantriebs mit einem unter Überdruck stehenden Arbeitsfluid in der unteren Druckkammer, die Rollfalte, während die axiale und radial äußere Übergangs­ kontur 12 in einer solchen axialen Höhe der Membranwand 10 angesetzt ist, daß diese Übergangskontur 12 bei bestimmungs­ gemäßer Einbaulage der Membran im Antriebsgehäuse zumindest im wesentlichen am unteren gerundeten Rand 8 der Deckelzarge 6 gerade spannungsfrei anliegt. Bei Beaufschlagung der Druckkam­ mer 14 mit einem unter Überdruck stehenden Arbeitsfluid wird die Membran 1 mit dem Übergangskonturbereich 12 um den steuernd wirkenden unteren gerundeten Rand 8 der Deckel­ zarge 6 herumgeführt. Dabei kann erst und, wie sich gezeigt hat, nur durch das Zusammenwirken mit der bereits im entspannten Zustand der Membran vorgebildeten Rollfalte im Bereich der Übergangskontur 13 erreicht werden, daß auch in den schmalen engen Krümmungsbereichen eines stadionförmigen Stellantriebs der hier gezeigten Art absolut keine Faltenbildung eintritt.

In der in Fig. 1 zeichnerisch lediglich angedeuteten Weise sind die Innenwandfläche und die Außenwandfläche der Membran 1 mit einer Folge feinster Radialrippen 15, 16 versehen, die unmittelbar aus der Membran 1 ausgeformt sind.

Im Bereich der Trennfläche 17 zwischen dem Deckel 5 und dem Kammerteil 4 des Gehäuses sind im oberen inneren Randbe­ reich des Kammerteils 4 und im unteren inneren Randbereich des Deckel 5 Falznutprofile ausgebildet, die einander er­ gänzend zum einen eine sich nach radial innen öffnende U-förmige Ringnut bilden, zum anderen diese Ringnut so pro­ filieren, daß sie zum Außenprofil des Halteringes 9 ebenfalls komplementär sind. In diese Ringnut ist die Membran 1 über den Ringwulst 9 eingespannt, wobei der obere Randbereich der Membran 1 mit dem Ringwulst 9 durch die radial außenliegende Fläche der Deckelzarge 6 den Ringwulst 9 einspannt und verankert.

Claims (5)

1. Stellantrieb mit einer unter Arbeitsfluidbeaufschlagung axial versetzbaren Rollmembran (1), die mit einer zentralen Arbeitsplatte (2), die eine Stellstange (3) trägt, in einem zweiteiligen Gehäuse zwischen einem Druckkammerteil (4) und einem Deckel (5) peripher so eingespannt ist, daß die Membran (1) eine kammer­ bodennahe und eine deckelnahe stabile Endstellung einnehmen kann, wobei der Deckel (5) eine in den Kammerteil (4) hineinragende peripher umlaufende Zarge (6) trägt, die einen umlaufenden abgerundeten und zum Kammerboden (7) weisenden Rand (8) aufweist, um den die Rollmembran (1) flächig und bündig anliegend herumgeführt ist, wenn die Membran sich in ihrer deckel­ nahen Stellung befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) im entspannten Zustand und in Einbau­ stellung (Fig. 1) die Form einer sich zum Deckel (5) hin öffnenden Wanne mit einem nach radial auswärts vor­ springenden peripher umlaufenden Einspannwulst (9) hat und in ihrer Seitenwand (10) eine nach radial ein­ wärts vorspringende und nach radial und axial einwärts konisch abfallende Ringschulter (11) mit weich abge­ rundeten Übergangskonturen (12, 13) aufweist, wobei die axial und radial äußere Übergangskontur (12) in einer solchen axialen Höhe angesetzt ist, daß sie bei be­ stimmungsgemäßer Einbaulage der Membran (1) im Antriebs­ gehäuse (4, 5) zumindest im wesentlichen am unteren ge­ rundeten Deckelzargenrand (8) gerade spannungsfrei an­ liegt.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenseite und/oder Innenseite der Wand der Membran (1) nur Bruchteile eines Millimeters hohe Ring­ rippen (16, 15) in der Radialebene der Membran (1) umlaufen.

3. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Außenseite und/oder Innenseite der Membranwand durchgehend feingerippt ausgebildet sind.

4. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspannwulst (9) der Membran (1) im Gehäuse (4, 5) in einer nach radial innen offenen Ringnut (18, 19) auf­ genommen und eingespannt ist, wobei diese Ringnut aus zwei zueinander und gleichzeitig zur Profilkontur des Einspannwulstes (9) komplementären Ringfalzen (18, 19) gebildet ist, von denen je einer im Rand des Gehäuse­ deckels (5) und im Rand des Druckkammerteils (4) ausgebildet ist, und der Membranrand mit dem Einspannwulst (9) durch die Außenseite der Deckelzarge (6) in die Ring­ nut (18, 19) eingedrückt und dort verankert ist.

5. Verwendung des Stellantriebs nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung von Stellantrieben besonders flacher, nahezu scheibenförmiger Bauart, insbesondere für den Kraftfahrzeugbau.