DE4241997C1 - Pneumatisch steuerbarer Stellantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen pneumatisch steuerbaren Stellantrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Es ist ein gattungsgemäßer Stellantrieb bekannt (DE 35 43 334 A1), welcher eine mit einem Membrankolben verbundene Schubstange zur Regelung einer Kraftstoffeinspritzung aufweist. Der Membrankolben kann über eine Druckkammer vom Ladedruck des Motors beaufschlagt werden. In den Druckraum hinein erstreckt sich eine Verlängerung der Schubstange, auf welcher eine Federbaugruppe angeordnet ist. Ein Gegenanschlag als Teil der Federbaugruppe ist hierbei mit zwei Anschlagstellungen derart ausgebildet, daß mit Erreichen einer ersten Anschlagstellung an einer gehäusefesten Ringscheibe nach Zurücklegung eines ersten Schubstangen-Verschiebeweges entgegen der Kraft einer Rückstellfeder ein weiterer Verschiebeweg der Schubstange bis zum Erreichen der zweiten Anschlagstellung an der Ringscheibe zur Verfügung steht, wobei sich in dem weiteren Verschiebeweg die Federkräfte der Rückstellfeder und der nun wirkenden Druckfeder der Federbaugruppe addieren. Der erste Schubstangen- Verschiebeweg wird hierbei bei Beaufschlagung des Membrankolbens mit einem ersten Ladedruck und der weitere Verschiebeweg bei Beaufschlagung des Membrankolbens mit einem gegenüber dem ersten erhöhten Ladedruck ausgeführt.

Obwohl mit diesem bekannten Stellantrieb nur relativ kleine Verschiebewege der Schubstange ausgeführt werden müssen, ist dessen Baugröße beachtlich und seine Ausbildung sehr aufwendig, da funktionswesentliche Bauteile innerhalb der Druckkammer angeordnet sind.

Des weiteren ist ein Membrankolben mit einem elastisch verformbaren Kolbenteller bekannt (DE 26 31 013 A1), der bei verhältnismäßig einfachem Aufbau unter Druckbeaufschlagung zunächst einen Normalhub ausführt. Der Rand des Kolbentellers legt sich dann an einen Gehäusevorsprung an; wird nun der den Kolben beaufschlagende Druck noch weiter erhöht oder wird mit einem Stößel mechanisch auf den Kolbenteller eingewirkt, so kann der Mittenbereich des Kolbentellers dem erhöhten Druck elastisch nachgeben, so daß das dort befestigte Stellglied des Kolbens einen Überhub ausführt.

Da die Arbeitskammer des bekannten Stellantriebs nur mit Überdruck beaufschlagt wird, ist auf der anderen Seite des Kolbens eine Rückstellfeder vorgesehen, die, zwischen der Gehäusewand und dem Kolbenteller eingespannt, der druckgesteuerten Bewegung des Kolbens über dessen gesamten Hub hinweg eine kontinuierlich ansteigende Rückstellkraft entgegensetzt.

Ein anderer bekannter Stellantrieb (DE 26 40 561 A1) hat zwei durch einen Membrankolben voneinander getrennte Arbeitskammern, die wechselweise über je eine Zuleitung durch einen Unterdruckerzeuger evakuierbar sind, um den Membrankolben samt Kolbenstange und Stellglied jeweils in Richtung der evakuierten Arbeitskammer zu bewegen. In einer der Arbeitskammern ist ferner eine zwischen dem Membrankolben und einer Gehäuseinnenwand des Stellantriebs abgestützte Druckfeder angeordnet, die den Mem­ brankolben stets in eine bestimmte Richtung vorspannt. Letzterer umfaßt auf seiner dieser Arbeitskammer zugewendeten Seite einen über einen Membranabschnitt angebundenen Sekundär­ kolben, der seinerseits mit dem Stellglied fest verbunden ist und der in einer Hubrichtung des Stellglieds nach dem Aufsetzen des (Primär-)Membrankolbens auf eine Gehäuseschulter gegen die Kraft der Druckfeder einen weiteren, durch weiteres Evakuieren dieser Arbeitskammer steuerbaren Überhub ausführen kann. Der Membrankolben ist wegen seiner Aufteilung in Primär- und Sekundärkolben verhältnismäßig kompliziert aufgebaut.

Es ist ein weiterer fluidisch steuerbarer Stellantrieb bekannt (DE 34 28 609 A1), der bei ebenfalls relativ kompliziertem Auf­ bau mit zwei separaten, kollinear zueinander bewegbaren Mem­ brankolben in einem dreiteiligen Gehäuse ein Stellglied zwischen drei Stellungen verschieben kann, indem zwischen den beiden Kolben ein bei axialer Druckbelastung stauchbares Zugmittel eingefügt wird, das im Regelfall einen größeren Abstand zwischen den beiden Kolben einstellt, das jedoch bei Beaufschlagung einer zwischen den beiden Kolben befindlichen Arbeitskammer des Stell­ antriebs in sich zusammenknickt und damit eine Verkürzung des Kolbenabstands ermöglicht.

Auch bei diesem Stellantrieb sind zwei Arbeitskammern mit je­ weils getrennten Unterdruckanschlüssen vorgesehen, und jedem der Kolben ist neben dem Zugmittel noch eine eigene Rückstell­ feder zugeordnet. Es ist weder vorgesehen noch notwendig, un­ terschiedliche Druckniveaus in die Arbeitskammern einzuleiten.

Schließlich ist ein pneumatisch steuerbarer Stellantrieb be­ kannt (DE 29 38 691 A1), der ebenfalls zwei Arbeitskammern und zwei Rollmembranen aufweist sowie mit zwei zentrierenden Druck­ federn versehen ist, die das Stellglied des Stellantriebs nach jedem Hub in eine Ausgangsstellung zurückführen. Das Stellglied ist mit einem Riegelhebel eines Türschlosses über eine Spielverbindung mit einem Langloch verbunden.

Die Erfindung hat die Aufgabe, einen gattungsgemäßen Stellantrieb mit Überhubfunktion konstruktiv weitestgehend zu vereinfachen und universeller einsetzbar zu gestalten.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.

Die kennzeichnenden Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Stellantriebs an.

Weitere Einzelheiten und Vorteile gehen aus der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels und deren sich hier anschließender eingehender Beschreibung hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Stellantrieb, der in einer Hubrichtung einen Überhub gegen die Kraft eines nur während des Überhubs wirksamen, mitgeführten Federglieds ausführen kann,

Fig. 2 eine Variante des Stellantriebs, in welcher das während des Überhubs wirksame Federglied gehäusefest angeordnet ist.

Ein Stellantrieb 1 hat ein Gehäuse 2, in welchem eine Rollmembran 3 eines Membrankolbens 4 ringsum randseitig in der Trennfuge zwischen einem oberen Gehäuseteil 20 und einem unteren Gehäuseteil 20 eingespannt ist. Der Membrankolben 4 hat einen im Vergleich mit der Rollmembran 3 starren Kolbenteller 5, der mit einem aus dem Gehäuse 2 nach oben herausgeführten Stell­ glied 6 fest verbunden ist. Der Membrankolben 4 schließt mit der Innenwand des unteren Gehäuseteils 2u eine Arbeitskammer 7 ein, die über einen pneumatischen (Steck-) Anschluß 8 durch einen nicht dargestellten Druckerzeuger (Bidruckpumpe) wahl­ weise mit Über- und Unterdruck beaufschlagt werden kann.

Auf dem Stellglied 6 ist mit axialem Abstand zum Kolbenteller 5 eine scheibenförmige Abstützung 9 beweglich angeordnet, und zwischen dieser und der Oberseite des Kolbentellers 5, also jenseits der Arbeitskammer 7, ist ein Federglied 10 (Schrau­ bendruckfeder) mit einer bestimmten Vorspannkraft eingespannt. Die Bewegung der Abstützung 9 vom Kolbenteller 5 weg wird be­ grenzt, indem z. B. eine in den Innenkreis der Abstützung 9 hineinragende, in einer Längsnut 6N im Außenumfang des Stell­ glieds bewegliche Nase im Ruhezustand gegen eine Endseite der Längsnut anläuft. Die Abstützung 9 ist gegen die Kraft des Fe­ derglieds 10 entlang des Stellglieds 6 zum Membrankolben 4 hin verschiebbar.

Die Rollmembran 3 ist in einer Ruhelage gezeichnet, welche sich durch eine geeignete Vorformung des Membranmaterials (Kunst­ stoff) selbsttätig einstellt. Aus dieser Ruhelage kann der Mem­ brankolben 4 bei Unterdruckbeaufschlagung (P_u) der Arbeitskam­ mer 7 zunächst in eine erste Arbeitsstellung nahe dem Gehäuse­ boden des unteren Gehäuseteils 2u gestellt werden; diese Stel­ lung ist durch eine gestrichelte Linie SV angedeutet. Das Stell­ glied 6 wird in das Gehäuse 2 hineingezogen, so daß sich sein freies Ende mitsamt einem daran angelenkten Hebel oder dgl. abwärts bewegt.

Der bei diesem Hub notwendige Volumenausgleich im oberen Ge­ häuseteil 20 wird durch eine (nicht dargestellte) Ausgleichs­ öffnung in der Gehäusewand oder durch gezielte Undichtheit der Durchführungsöffnung für das Stellglied 6 erreicht.

Wird die Arbeitskammer 7 wieder belüftet, so kehrt der Membran­ kolben 4 selbsttätig wieder in seine durchgezeichnete Ruhelage zurück.

Wird nun die Arbeitskammer 7 mit Überdruck P_ü beaufschlagt, so setzt sich der Membrankolben 4 nach oben in Bewegung, wobei das Stellglied 6 aus dem Gehäuse 2 weiter herausbewegt wird. Nach einem bestimmten Hub, der als Normalhub bezeichnet wird und durch eine strichpunktierte Linie SE entlang der dann vorlie­ genden Stellung der Rollmembran 3 repräsentiert ist, setzt die Abstützung 9 an der inneren Stirnseite des oberen Gehäuseteils 20 auf. Von hier an setzt das vorgespannte Federglied 10 der weiteren Aufwärtsbewegung des Membrankolbens 4 seinen Verfor­ mungswiderstand entgegen.

Die Vorspannung des Federglieds 10 ist im Verhältnis zu dem für den Normalhub des Membrankolbens 4 benötigten Überdruckniveau so bemessen, daß mit diesem Druckniveau keine nennenswerte Ver­ formung des Federglieds 10 bewirkt wird, also höchstens der Normalhub bis Stellung SE ausgeführt werden kann.

Wird anschließend die Arbeitskammer 7 wieder entlüftet, so kehrt der Membrankolben 4 samt Stellglied 6 selbsttätig wieder in die dargestellte Ruhelage zurück.

Der Membrankolben 4 kann jedoch auch einen über den Normalhub hinausgehenden Überhub ausführen, wenn die Arbeitskammer 7 mit einem erhöhten Überdruckniveau beaufschlagt wird. Dieses muß ausreichend sein, um das Federglied 10 nach dem Aufsitzen der Abstützung 9 an der Gehäuseinnenseite zu komprimieren. In die­ sem Fall wird dann das Stellglied 6 noch weiter aus dem Gehäuse 2 herausbewegt. Die Überhubstellung des Membrankolbens 4 ist durch eine strich-doppelpunktierte Linie TS entlang dem dann eingestellten Verlauf der Rollmembran 3 angedeutet.

Nach Entlüftung der Arbeitskammer von dem höheren Überdruckni­ veau wird der Membrankolben 4 zunächst hauptsächlich durch das Federglied 10 zurückgestellt, um schließlich wiederum durch die Eigenspannung der Rollmembran 3 in die Ruhelage zurückzukehren.

Bevorzugt wird ein solcher Stellantrieb im Rahmen einer Zentral­ verriegelungsanlage für Verschlüsse in Kraftfahrzeugen verwen­ det, wobei die Stellungen SV und SE des Membrankolbens bei­ spielsweise die Ver- und Entriegelungsstellungen eines Tür­ schlosses über einen mit dem Stellglied zu kuppelnden Riegel­ hebel einstellen.

Für den hier vorliegenden Fall besteht zwischen dem Stellglied 6 und dem nicht gezeigten Riegelhebel eine Spielverbindung, z. B. mit einem Langloch. Der Riegelhebel muß natürlich stabile Stellungen einnehmen; über die Spielverbindung wird dann die Rückkehr des Stellglieds in die Ruhelage jeweils nach Einstel­ lung des Riegelhebels ermöglicht.

Diese Konfiguration hat mehrere Vorteile. Der Normalhub des Stellantriebs kann gegenüber einer festen Kupplung zwischen Stellglied und Riegelhebel verkürzt werden, so daß im Ergebnis eine kleinere Luftmenge über den Anschluß 8 der Arbeitskammer 7 transportiert werden muß. Damit wird ein wesentlich schnelleres Ansprechen des Stellantriebs auf den Betrieb des Druckerzeugers geschafft.

Auch muß der Stellantrieb bei einer Ent- oder Verriegelung des Türschlosses von Hand nicht mehr mitgeschleppt werden, weil die Spielverbindung eine Relativbewegung zwischen dem Riegelhebel und dem Stellglied 6 ermöglicht. Hierdurch wird die Handbetä­ tigung des Schlosses komfortabler.

Der Normalhub des Stellantriebs wird bei einer bevorzugten Aus­ führung mit 660 hPa Überdruck (ca. 1660 hPa absolut) und einem entsprechenden Unterdruck (ca. 400 hPa absolut) ausgeführt, während für die Ausführung des Überhubs eine deutliche Erhöhung des Lieferdrucks auf 3000 hPa (absolut) vorgesehen ist. Bei einer so deutlichen Krafterhöhung am Membrankolben kann die Vorspannung des Federglieds 10 relativ hoch angesetzt werden. Der Überhub wird beispielsweise im Rahmen einer Türschließhilfe angewendet, bei der der Stellantrieb mittels seines Stellglieds eine Schloßdrehfalle aus einer Vorraststellung in einer Haupt­ raststellung bringt und damit die zugeordnete Tür vollständig schließt.

Wie aus der Skizze in Fig. 2 hervorgeht, kann das Federglied 10 auch an der inneren Stirnseite des oberen Gehäuseteils 20 angeordnet und befestigt werden, wobei seine Länge so bemessen ist, daß der Membrankolben 4 in seiner Ruhelage keinen Kontakt mit dem Federglied 10 hat, sondern diesen erst nach Ausführung des Normalhubs - in Stellung SE - bei Überdruckbeaufschlagung herstellt. Auf diese Weise bildet das Federglied 10 einen ge­ häusefesten, nachgiebigen Anschlag für den Membrankolben.

Es ist selbstverständlich möglich, wenn auch in der Zeichnung nicht dargestellt, den Membrankolben nicht nur durch die Eigen­ spannung der Rollmembran in die Ruhelage zu zentrieren, sondern in an sich bekannter Weise beidseits des Kolbentellers separate Rückstellfedern vorzusehen, die die Ruhelage des Kolbens bei Kräftegleichgewicht einstellen. Die Wirkungsweise des nur bei Ausführung des Überhubs zu verformenden Federglieds 10 wird hierdurch nicht beeinträchtigt, sondern wird beim Ausführen des Überhubs addiert.

Claims (8)

1. Pneumatisch steuerbarer Stellantrieb (1) mit einem innerhalb eines Gehäuses (2) durch Druckbeaufschlagung einer in dem Gehäuse gebildeten Arbeitskammer (7) stellbaren einstückigen, aus einer Membran (3) und einem starren Kolbenteller (5) bestehenden Membrankolben (4), der mit einem Stellglied (6) gekuppelt ist und dieses bei Beaufschlagung der Arbeitskammer (7) mit einem ersten Druckniveau in einem Normalhub in eine erste Hubstellung (SE) und bei Beaufschlagung der Arbeitskammer (7) mit einem erhöhten zweiten Druckniveau gegen eine erhöhte Widerstandskraft in einem Überhub aus der ersten in eine weitere Hubstellung (TS) zu bewegen vermag, wobei zur Bildung der erhöhten Widerstandskraft ein separates Federglied (10) derart innerhalb des Gehäuses (2) angeordnet ist, daß es während das Normalhubs des Membrankolbens (4) in die erste Hubstellung (SE) unverformt bleibt, beim Ausführen des Überhubs in die weitere Hubstellung (TS) jedoch dieser Bewegung einen aus seiner elastischen Verformung resultierenden Widerstand entgegensetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran als Rollmembran (3) und auch zur Ausführung eines Normalhubs des Stellgliedes (6) in eine Arbeitsstellung (SV) bei Beaufschlagung der Arbeitskammer (7) mit einem dem genannten Druckniveau (pü) gegensinnigen Druckniveau (pu) dimensioniert ist und das Federglied (10) auf der von der Arbeitskammer (7) abgewandten Seite des Membrankolbens (4) angeordnet und zwischen diesem und einer Innenwand des Gehäuses (2, 20) lediglich bei Ausführung des Überhubs unter elastischer Verformung eingespannt wird.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federglied (10) eine vorgespannte Druckfeder ist.

3. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federglied (10) koaxial zu dem Stellglied (6) und vom Membrankolben (4) mitführbar angeordnet ist und sich einseitig an dem Membrankolben (4) selbst, anderseitig an einer mit dem Stellglied (6) verbundenen, gegenüber diesem gegen die Kraft des Federglieds (10) verschiebbaren Abstützung (9) abstützt.

4. Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federglied (10) koaxial zu dem Stellglied (6) gehäusefest angeordnet ist und ein freies, zu dem Membrankolben (4) weisendes Ende hat, mit dem der Membrankolben (4) erst nach Ausführung des Normalhubs bei Druckbeaufschlagung der Arbeitskammer (7) in Berührung kommt.

5. Stellantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Membrankolben (4) durch Eigenelastizität der Rollmembran (3) in eine Ruhelage vorgespannt ist.

6. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Membrankolben (4) durch beidseitig angeordnete Rückstellfedern in eine Ruhelage vorgespannt ist.

7. Stellantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (6) über eine Spielverbindung mit einem Riegelhebel eines Türschlosses kuppelbar ist, um diesen zwischen einer Verriegelungs- und einer Entriegelungsstellung hin und her zu stellen.

8. Stellantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (6) ferner - als Antrieb einer Türschließhilfe - mit einer Schloßfalle wirkverbunden ist, um diese bei Ausführung des Überhubs aus einer Vorrast- in eine Hauptraststellung zu stellen.