DE3901900A1 - Stellantrieb - Google Patents

Description

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

Ein solcher Stellantrieb ist aus der deutschen Offenlegungs­ schrift DE 37 40 159 A1 bekannt. Der bekannte Stellantrieb besteht aus einem zweiteiligen Gehäuse, zwischen dessen beiden Teilen, nämlich einer Kappe und einem Druckbehälter, eine Rollmembran derart eingespannt ist, daß im Druckbehälter eine hydraulische oder pneumatische Arbeitskammer entsteht, die über eine Anschlußöffnung mit einem unter Überdruck oder Unterdruck stehenden Arbeitsfluid, in der Regel Luft, beaufschlagbar ist. In an sich üblicher Weise trägt die Rollmembran zentral eine Arbeitsplatte, auf der eine Stell­ stange befestigt ist oder an die Arbeitsplatte angeformt ist, die auf der der Arbeitskammer axial gegenüberliegenden Seite durch die Kappe des Gehäuses hindurch zur Ankopplung eines Stellorgans herausgeführt ist. Diese Durchführung ist dabei mit so viel Spiel ausgestaltet, daß die Kappe ober­ halb der der Arbeitskammer gegenüberliegenden Oberfläche der Arbeitsplatte zumindest im wesentlichen drosselfrei belüftbar ist.

Die Rollmembran dieses bekannten Stellantriebs ist nach Art eines Schlauchringes ausgebildet, der zwischen der Innenwand des Antriebsgehäuses und der Außenwand einer rings um die Arbeitsplatte umlaufenden Zarge abrollen kann, wobei die axiale Höhe dieser Zarge, die axial zu beiden Seiten der Arbeitsplatte vorsteht, so bemessen und in ihrer Bemessung auf die axiale Erstreckung der Roll­ membran abgestimmt, daß die Rollmembran auf der gesamten Hubhöhe des Stellantriebs auf zumindest im wesentlichen ihrer gesamten axialen Höhe zwischen der Innenwand des Gehäuses und der Außenwand der Zarge eingeschlossen ist.

Zur zufriedenstellenden Funktion dieses aus dem Stand der Technik bekannten Stellantriebs ist ein guter Druck­ ausgleich im Inneren der schlauchringförmigen Rollmembran erforderlich, für eine ausreichende Haltbarkeit der Membran unerläßlich. Dieser Druckausgleich ist bei dem bekannten Stellantrieb noch nicht in der wünschenswerten Form ver­ wirklicht. Die eingesetzten Membranen weisen durch Fehl­ belastungen aufgrund unvollständigen Druckausgleichs eine noch zu kurze Lebensdauer auf.

In rein konstruktiver Hinsicht hat sich der bekannte Stell­ antrieb weiterhin dadurch als noch nicht vollständig zu­ friedenstellend herausgestellt, daß er entweder unter Bidruck oder unter Verwendung einer Rückstellfeder betrie­ ben werden muß.

Herstellerseitig wird schließlich der Wunsch laut, die form­ technisch aufwendige Rollmembran der aus dem Stand der Tech­ nik bekannten Konfiguration durch eine einfachere Struktur zu ersetzen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stellantrieb der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, der auch ohne Rückholfeder und ohne Bidruck, also entweder nur mit Unterdruck oder nur mit Überdruck, betrieben werden kann, und der durch einen verbesserten Druckausgleich in der Rollmembran auch bei vergleichsweise hohen Arbeitsfluiddrücken, nämlich bei Drücken im Bereich über 2 und 3 bar, eine lange Membran­ standzeit aufweist, und zwar bei gleichzeitig formtechnisch vereinfachter Ausgestaltung der Rollmembran.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Stellantrieb der eingangs genannten Art, der erfindungsgemäß die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale auf­ weist.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt also in der Kombination zweier einander gegenüberliegender, einander entgegen­ gerichtet wirkender Arbeitskammern, die jede über ein eigenes Rückschlagventil separat gesteuert mit dem schlauchringförmigen Innenraum der Rollmembran gesteuert so kommunizieren, daß die Rollmembran stets aktiv beauf­ schlagt entweder exakt den gleichen Druck wie die jeweils beaufschlagte Arbeitskammer aufweist oder einen von diesem Arbeitskammerdruck gesteuert abweichenden aus anderen Überlegungen vorgegebenen Solldruck einstellt. Diese Ein­ stellungen sind in an sich bekannter Weise problemlos über die Einstellungen der Rückschlagventile erzielbar.

Unabhängig davon, ob die Arbeitskammern mit Arbeitsfluid beaufschlagt werden, das unter Überdruck oder unter Unter­ druck steht, sind die Rückschlagventile, die die Arbeits­ kammern jeweils mit dem Inneren der Rollmembran verbinden, stets so ausgelegt, daß das Rückschlagventil stets dann öffnet, wenn die Kammer mit einem Arbeitsfluid beauf­ schlagt wird, dessen Druck vom Innendruck der Rollmembran abweicht, bzw. mehr oder weniger als ein vorgegebener Differenzdruck zu diesem Arbeitskammerdruck abweicht. Wird die Arbeitskammer also mit einem Arbeitsfluid unter Überdruck beaufschlagt, so ist das Rückschlagventil so ausgelegt, daß es nach Überschreiten eines kritischen vorgegebenen Überdrucks öffnet, während dieses Rückschlag­ ventil so ausgelegt ist, daß es nach Unterschreiten eines kritischen Unterdrucks öffnet, wenn die Arbeitskammer zur Verschiebung der Stellstange mit Unterdruck beaufschlagt wird.

Eine wesentlich einfachere, insbesondere formtechnisch einfachere konstruktive Ausgestaltung der schlauchring­ artigen Rollmembran wird dadurch erzielt, daß diese Roll­ membran nicht einstückig hergestellt wird, sondern aus zwei separat gefertigten gewellten Ringmembranen mit jeweils einem radial inneren und einem radial äußeren Einspann-Wulstring besteht und gefertigt ist, wobei jede dieser Teilmembranen separat druckdicht und fluiddicht einmal im Gehäuse des Stellantriebs, nämlich in der Fuge zwischen Kappe und Druckbehälter, und zum anderen in ent­ sprechend komplementären Ausnehmungen an der Arbeitsplatte eingespannt sind. Diese Einspannungen der beiden Teil­ membranen liegen dabei axial so hintereinander, daß beide Membranen im Zusammenwirken die in ihrer Funktion an sich bekannte Rollmembran des Stellantriebs bilden. Das Einspannen erfolgt dabei vorzugsweise sowohl am Gehäuse als auch an der Arbeitsplatte unter Verwendung profilierter Zwischenringe, die zwischen den beiden jeweils äußeren bzw. jeweils inneren Wulstringen der Membranringe eingefügt werden, so daß jede der Membranen jeweils zwischen einem Gehäuse­ teil und dem Zwischenring bzw. einem Arbeitsplattenprofil und dem Arbeitsplattenzwischenring druckdicht, mechanisch fest und fluiddicht eingespannt sind. Insbesondere bei der vorzugsweise identischen Ausgestaltung beider Teil­ membranringe läßt sich dadurch eine wesentliche Einsparung sowohl der Herstellungskosten der Membran selbst als auch der Montagekosten erreichen.

Um die Durchführungsdichtung der Stellstange in der Gehäuse­ kappe nicht übermäßig zu belasten und mit Führungsaufgaben zu belegen, ist die Arbeitsplatte nach einer weiteren Aus­ gestaltung der Erfindung vorzugsweise über Sekundärglieder, die vorzugsweise am Druckbehälter angeformt sind, axial geführt gelagert. Hierbei hat sich insbesondere eine Tele­ skopführung bewährt, die vor allem zusätzlich mit einer Verdrehsicherung ausgerüstet sein kann.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausfuhrungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur, nämlich die Fig. 1 einen Stellantrieb im Axialschnitt.

Der in Fig. 1 gezeigte Stellantrieb besteht aus einem zwei­ teiligen Gehäuse 1, zwischen dessen beiden Teilen, nämlich einer Kappe 2 und einem Druckbehälter 3, eine im unverspann­ ten Zustand aus zwei identisch konfigurierten gewellten Ringmembranen 4, 5 bestehende belüftbare und insgesamt schlauchringartige Rollmembran 4, 5 über angeformte Dicht­ elemente 6, 7 eingespannt ist. Im Zentrum der beiden Teil­ membranen 4, 5 ist eine Arbeitsplatte 16 angeordnet, an der die Innenränder der beiden Teilmembranen 4, 5 über angeformte Dichtwulstringe 8, 9 ebenfalls mechanisch fest, druckfest und fluiddicht eingespannt sind. Die Einspannung der beiden Teilmembranen 4, 5, die gemeinsam die Rollmembran 4, 5 des Stellantriebs bilden, erfolgt dabei unter Verwendung von Zwischenringen 25, 30, die jeweils die axial einander zugekehrten und gegenüberliegenden Bereiche der Einspann­ ringe der Teilmembranen profilkomplementär und unter Ein­ pressen von Dichtringstegen aufnehmen, während die jeweils axial außenliegenden Bereiche der Einspannringe 6, 7, 8, 9 der Teilmembranen 4, 5 unmittelbar von den Gehäuseteilen bzw. den Teilkörpern 24, 26 der mehrteilig ausgebildeten Arbeits­ platte axial verpressend dichtend eingespannt sind.

Auf diese Weise ist im Druckbehälter 3 eine fluiddichte und druckdichte erste Arbeitskammer 10 und in der Kappe 2 des Gehäuses 1 eine gleicherweise fluiddichte und druck­ dichte Arbeitskammer 12 abgegrenzt. Die beiden Arbeits­ kammern 10, 12 liegen einander axial zu beiden Seiten der Hauptebene der Arbeitsplatte 16 gegenüber und sind durch separate Anschlußstutzen 11, 13 mit Arbeitsfluid beauf­ schlagbar. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Arbeitskammern 10, 12 für die Beaufschlagung mit einer unter Überdruck stehenden Druckluft ausgelegt.

Die Arbeitsplatte trägt sich axial zu beiden Seiten ihrer radial liegenden Hauptebene erstreckende, in sich geschlos­ sen umlaufende Randzargen 14, 15, die axial so lang ausge­ bildet sind, daß die Rollmembran 4, 5 zumindest im wesent­ lichen über die gesamte Arbeitshubhöhe des Stellantriebs auf zumindest im wesentlichen ihrer gesamten axialen Er­ streckung zwischen der Innenwand des Gehäuses 1 und der Außenwand der Zargen 14, 15 abrollfähig eingeschlossen und gestützt ist. "Zumindest im wesentlichen" bedeutet dabei, daß zumindest die zueinander parallelen axialen Lauf­ flächen der Rollmembran an der Innenwand des Gehäuses und der Außenwand der Zarge anliegen, während die Roll­ wulstränder der Rollmembran in den Endstellungen der Arbeitsplatte durchaus über die Zargen überstehen können. Diese Konfiguration ist in der Fig. 1 dargestellt, in der die Arbeitsplatte 16 in ihrer, auf diese Figur bezogen, tiefsten möglichen Stellung, also bei maximaler Druck­ beaufschlagung der oberen Arbeitskammer 12, dargestellt ist.

Die Arbeitsplatte 16 trägt weiterhin einstückig angeformt die Stellstange 17, die über eine dynamische Dichtung 18 druckdicht und fluiddicht, aber verschiebbar aus der Kappe 2 des Gehäuses 1 herausgeführt ist.

Über zusammenhängende Kanäle bildende Bohrungen 19, 20, 21 in der Arbeitsplatte 16 und fortführend im Zwischenring 25 sind die Arbeitskammern 10, 12 und die mit diesen kommuni­ zierenden Anschlußstutzen 11, 13 mit dem ringförmigen Innen­ raum 22 der Rollmembran 4, 5 fluidleitend verbunden. Dabei ist sowohl im Kanal 21, der die erste Arbeitskammer 10 über den Verbindungskanal 20 mit dem Innenraum 22 der Rollmembran 4, 5 verbindet, als auch in dem Kanal 19, der die zweite Arbeitskammer 12 über denselben Verbindungs­ kanal 20 ebenfalls mit dem Innenraum 22 der Rollmembran 4, 5 verbindet, jeweils ein Rückschlagventil 28, 27 ange­ ordnet, deren Ventilkörper unter Federvorspannung in Richtung auf die Arbeitskammern zu die Verbindungskanäle versperrend auf die in der Arbeitsplatte ausgebildeten Ventilsitze gezwungen werden. Bei Auftreten eines durch das Arbeitsfluid in einer der Arbeitskammern entstehenden Überdrucks öffnet das jeweilige Ventil 28, 27 so lange, bis im Innenraum 22 der Rollmembran und in der jeweils beauf­ schlagten Arbeitskammer 10 oder 12 praktisch gleiche Drücke oder nach Maßgabe der Ventilfedervorspannung um einen jeweils vorgegebenen Wert reduzierte, in jedem Fall aber definierte Drücke herrschen.

Um die in der Fig. 1 in ihrer tiefsten Stellung darge­ stellte Arbeitsplatte 16 in ihre obere Grenzstellung zu überführen, also die Stellstange 17 in ihre am weitesten ausgefahrene Position zu überführen, wird der Anschluß­ stutzen 11 mit Druckluft beaufschlagt. Die am Anschluß­ stutzen 11 zugeführte Druckluft gelangt einerseits über eine nutartige Aussparung 29 im Trägerteil 24 der Arbeits­ platte 16 in die erste Arbeitskammer 10 und andererseits über das bei Überschreiten des vorgegebenen Grenzdrucks öffnende Rückschlagventil 28 in die Rollmembrankammer 22, so daß beim Aufwärtsverschieben der Arbeitsplatte 16 und beim Ausfahren der Stellstange 17 im Innenraum 22 der Rollmembran 4,5 praktisch der gleiche Druck wie in der Arbeitskammer 10 herrscht, so daß also der bei diesem Vorgang besonders beanspruchte, der Arbeitskammer 10 zugewandte Teil 5 der Rollmembran 4, 5 von Restdifferenz­ drücken abgesehen, praktisch verformungsspannungsfrei bleibt.

Um bei diesem Vorgang der axialen Verschiebung der Arbeits­ platte 16 einerseits eine saubere axiale Führung zu ge­ währleisten ohne dabei andererseits die Dichtung 18 der Durchführung der Stellstange 17 durch die Kappe 2 über Gebühr zu belasten, ist die Arbeitsplatte 16 in der aus der Fig. 1 ersichtlichen Weise teleskopartig und gegen eine Verdrehung gesichert auf einem Führungsstutzen 23 gleitlagerartig gehaltert, gelagert und geführt, der einstückig aus der Wand der Druckkammer 3 ausgeformt ist. Der Führungsstutzen 23 ist dabei in der Weise hohl und nach außen offen ausgebildet, daß er in seinem Inneren den von außen in üblicher Weise zugänglichen Anschluß­ stutzen 11 für die Druckluftbeaufschlagung der ersten Arbeitskammer 10 aufnehmen kann. Durch diese Ausgestaltung kann einerseits eine Vergrößerung der Bauhöhe für den für die Arbeitskammer 10 erforderlichen Anschlußstutzen ein­ gespart werden und kann andererseits gleichzeitig die für die Arbeitsplatte 16 wünschenswerte und erforderliche axiale Führung ohne Verlusträume schaffen zu müssen einer sinnvollen geometrisch-räumlichen Doppelnutzung zugeführt werden.

Bei dem vorstehend beschriebenen und in Fig. 1 dargestell­ ten Ausführungsbeispiel sind in der bereits erwähnten Weise die Arbeitskammern für eine Beaufschlagung mit einem unter Überdruck stehenden Fluid und dementspre­ chend die Rückschlagventile mit einer Federbeaufschlagung in Richtung auf die jeweils zugeordnete Arbeitskammer zu ausgebildet. Ohne weiteres ist ersichtlich, daß bei Beaufschlagung der beiden Arbeitskammern mit einem unter Unterdruck stehenden Fluid die Federbeaufschlagung der Rückschlagventile lediglich umgekehrt zu werden braucht, beispielsweise also das der zweiten Arbeitskammer 12 zugeordnete Rückschlagventil 27 in Richtung auf die erste Arbeitskammer 10 zu federbeaufschlagt sein müßte.

Sowohl die Gehäuseteile als auch die Arbeitsplattenteile sind in an sich bekannter und gebräuchlicher Weise ent­ weder durch rastende Schnappverschlüsse oder durch Ver­ schweißungen miteinander verbunden und verschlossen.

Die der vorliegenden Beschreibung beigefügte Zusammen­ fassung wird als Bestandteil der ursprünglichen Offen­ barung angesehen.

Claims (6)

1. Stellantrieb bestehend aus einem zweiteiligen Gehäuse (1), zwischen dessen beiden Teilen, nämlich einer Kappe (2) und einem Druckbehälter (3), eine belüftbare schlauchringartige Rollmembran (4, 5) über angeformte Dichtelemente (6, 7) druckdicht und fluiddicht eingespannt ist, so daß im Druckbehälter (3) eine Arbeitskammer 10 entsteht, die über eine Anschlußöffnung (11) mit einem unter Überdruck oder unter Unterdruck stehenden Arbeitsfluid beaufschlagbar ist, wobei die Rollmembran zentral fest und fluiddicht mit einer Arbeitsplatte (16) verbunden ist, die sich axial zu beiden Seiten ihrer radial liegenden Hauptebene erstreckende, in sich geschlossen umlaufende Randzargen (14, 15) aufweist, die axial so lang ausgebildet sind, daß die Rollmembran (4, 5) zumindest im wesentlichen über die gesamte Arbeitshubhöhe des Stellantriebes auf zumindest im wesentlichen ihrer gesamten axialen Erstreckung zwischen der Innenwand des Gehäuses (1) und der Außenwand der Zargen (14, 15) abrollfähig eingeschlossen und gestützt ist, und wobei auf der Arbeitsplatte (16) eine Stellstange (17) befestigt oder angeformt ist, die durch die Kappe (2) des Gehäuses (1) hindurch zur Ankopplung eines Stellorgans herausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellstange (17) druckdicht und fluiddicht (18) durch die Kappe (2) des Gehäuses (1) hindurch herausgeführt ist, so daß in der Kappe (2) eine zweite Arbeitskammer (12) abgegrenzt ist, die über eine zweite Anschlußöffnung (13) ebenfalls mit dem Arbeitsfluid beaufschlagbar ist, und daß sowohl die erste Arbeitskammer (10) als auch die zweite Arbeitskammer (13) über in der Arbeitsplatte ausgebildete Kanäle (19, 20, 21) mit dem Ringraum (22) in der Rollmembran (4, 5) kommunizieren, und zwar jeweils über voneinander unabhängige Rückschlagventile, die öffnen, wenn die zugeordnete Arbeitskammer mit dem Arbeitsfluid beaufschlagt ist, und schließen, wenn entweder die jeweils gegenüberligende Arbeitskammer oder keine der beiden Kammern mit dem Arbeitsfluid beaufschlagt ist.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schlauchringförmige Rollmembran aus zwei separat gefertigten Ringmembranen (4, 5) besteht, die axial hintereinanderliegend separat über jeweils eigene Dichtelemente (6, 8 bzw. 7, 9) dichtend jeweils mit dem Gehäuse und der Arbeitsplatte verbunden sind.

3. Stellorgan nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsplatte (16) im Gehäuse (1) axial geführt ist.

4. Stellorgan nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsplatte (16) teleskopartig auf einem Zapfen (23) geführt ist, der am Druckbehälter (3) angeformt oder befestigt ist.

5. Stellorgan nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungszapfen (23) hohl und nach außen offen ausgebildet ist und den in seinem Innenraum angeordneten und von außen zugänglichen Anschlußstutzen für die Anschlußöffnung (11) der Arbeitskammer (10) umschließt.

6. Stellorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsplatte (16) aus drei Teilen besteht, nämlich einem Träger (24), an dem die Stellstange und die Axialführungselemente ausgebildet sind, einem Membranträgerring (25), der als Zwischenring die Innenränder der beiden Teilmembranen der Rollmembran aufgespannt trägt, und einem Aufsteckring (26), der den Zwischenring und die Innenränder der Rollmembran druckdicht und fluiddicht auf dem Träger (24) einspannt.