DE4432651A1 - Membranantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Membranantrieb mit

• a) einem Gehäuse;
• b) einer Membran, die an ihrem radial äußeren Bereich dicht mit dem Gehäuse verbunden ist;
• c) einem Membranteller, gegen welche die Membran an ihrem radial inneren Bereich dicht verklemmt ist;
• d) einer einstückigen, an beiden Enden aus dem Gehäuse ausgeführten, axial bewegbaren Antriebsspindel, die bewegungsschlüssig mit dem Membranteller verbunden ist.

Es sind Membranantriebe bekannt, bei denen die Antriebs­ spindel in denjenigen Fällen, in denen diese beidseitig aus dem Gehäuse herausgeführt werden soll, durch Kupplungs­ elemente verlängert wird. Hierbei können sich jedoch Fluch­ tungsfehler ergeben; außerdem verursachen die zusätzlichen Kupplungselemente Kosten.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es bekannt (DE-A- 17 50 753 und DE-A-17 50 118), die Antriebsspindel ein­ stückig auszugestalten und auf dieser eine Baugruppe unter Verwendung von geschlitzten bzw. zweiteiligen und in Ver­ tiefungen zusammengehaltenen Muttern zu befestigen. Hierbei ist eine Verjüngung des Spindeldurchmessers oberhalb des Gewindebereiches erforderlich, was zu Festigkeitsproblemen führen kann. Außerdem sind keine gleichen Spindelenden möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Membran­ antrieb der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine Ausbildung gleicher Spindelenden ohne das Auf­ treten von Festigkeitsproblemen möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• e) an der Antriebsspindel in axialem Abstand zwei radial überkragende, aufeinander zu zeigende Anlageflächen vorgesehen sind, wobei sich mindestens eine der beiden Anlageflächen an einem Teil befindet, welches an der Antriebsspindel kraftschlüssig aber lösbar befestigt ist;
• f) an einer der beiden Anlageflächen eine Tellerscheibe anliegt, die eine Durchgangsbohrung aufweist, durch welche die Antriebsspindel hindurchgeführt ist;
• g) an der der Anlagefläche gegenüberliegenden Seite der Tellerscheibe der Membranteller anliegt, wobei der radial innere Bereich der Membran zwischen der Tellerscheibe und dem Membranteller eingeklemmt ist;
• h) an der der Tellerscheibe gegenüberliegenden Seite des Membrantellers ein Ende einer Hohlschraube anliegt, die mit einem Gewinde versehen ist und welche die Antriebs­ spindel koaxial, gegenüber dieser unverdrehbar, umgibt;
• i) auf dem Gewinde der Hohlschraube ein Schraubteil ver­ schraubbar ist, das sich mit einer radial verlaufenden Fläche an der zweiten Anlagefläche der Antriebsspindel abstützt und eine Durchgangsbohrung für die Antriebs­ spindel aufweist.

Der erfindungsgemäße Gedanke bei der bewegungsmäßigen Verbindung des Membrantellers mit der Antriebsspindel (und damit letztendlich der Membran mit der Antriebs­ spindel) ist also folgender: Durch zwei überkragende An­ lageflächen der Antriebsspindel werden zwei Angriffs­ stellen geschaffen, über welche in entgegengesetzte Rich­ tungen zeigende Axialkräfte in die Antriebsspindel ein­ geleitet werden können. An einer dieser überkragenden Anlageflächen liegt eine Tellerscheibe an, welche den inneren Bereich der Membran gegen den Membranteller ver­ klemmt. An der zweiten überkragenden Anlagefläche stützt sich eine Anordnung ab, deren axiale Länge durch gegen­ seitiges Verschrauben veränderbar ist. Diese aus einer Hohlschraube und einem gegenüber dieser verschraubbaren Schraubteil bestehende Anordnung liegt am gegenüberliegenden Ende an dem Membranteller an. Verdreht man nunmehr das Schraubteil gegenüber der Hohlschraube, so wird aufgrund der Anlage des Schraubteiles an der überkragenden Anlageflä­ che der Antriebsspindel der Membranteller nach unten in Richtung auf die Tellerscheibe gedrückt, die aber aufgrund ihrer eigenen Anlage an der ersten Anlagefläche der Antriebs­ spindel sich nicht entsprechend axial nach unten bewegen kann. So werden Membranteller und Tellerscheibe unter Verklemmung des Innenrandes der Membran gegeneinander gepreßt. Die richtige Pressung läßt sich dadurch einstellen, daß das Schraubteil bis zum Erreichen eines maximalen Drehmomentes verschraubt wird. Zumindest eine der Anlageflächen muß erfindungsgemäß an einem Teil ausgebildet sein, welches kraftschlüssig aber lösbar mit der Antriebsspindel verbunden ist. Anders ließen sich die zwischen den Anlageflächen einzuspannenden Bauelemente nicht auf die Antriebsspindel auffädeln, wenn diese gleiche Enden aufweisen soll.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfin­ dung ist mindestens eine der Anlageflächen der Antriebs­ spindel an einem aus Segmenten zusammengesetzten Ring ausgebildet, der in einer Umfangsnut der Antriebsspindel so einliegt, daß er bereichsweise über die Mantelfläche der Antriebsspindel übersteht. Dieser aus Segmenten zusam­ mengesetzte Ring stellt so im Sinne des Anspruches 1 ein Teil dar, welches an der Antriebsspindel zwar kraftschlüs­ sig (durch Wechselwirkung mit der Nut der Antriebsspindel) aber lösbar (aufgrund seiner Segmentierung) befestigt ist. Durch die Nut erfährt die Antriebsspindel keine nen­ nenswerte Schwächung. Ihr Durchmesser kann beidseits der Nut derselbe bleiben.

Zweckmäßig bei dieser Ausgestaltung ist (vergl. Anspruch 3), wenn die die Antriebsspindel aufnehmende Durchgangs­ bohrung der Tellerscheibe und/oder des Schraubteiles eine Erweiterung aufweist, deren Durchmesser gleich dem Außen­ durchmesser des zugehörigen, in der entsprechenden Umfangs­ nut der Antriebsspindel einliegenden Ringes ist. Ist also die Tellerscheibe und/oder das Schraubteil mit seiner Erweiterung über den segmentierten Ring geschoben, so können die Einzelsegmente des Ringes nicht mehr auseinander­ fallen; dieser bleibt in dem Ringraum, welcher von der Nut der Antriebsspindel einerseits und der Erweiterung von Tellerscheibe und/oder Schraubteil gebildet wird, eingesperrt.

Als Ring, der in die Nut der Antriebsspindel eingesetzt wird, kommt vor allem ein solcher mit kreisförmigem Quer­ schnitt in Frage. In diesem Falle sollte die radiale Stufe zwischen der Durchgangsbohrung der Tellerscheibe und/oder des Schraubteiles und der entsprechenden Erweiterung mit einem Radius in den zylindrischen Bereich der Erweiterung übergehen, der gleich dem Radius des kreisförmigen Quer­ schnittes des Ringes ist. Auf diese Weise ergibt sich eine vollflächige Abstützung der Tellerscheibe und/oder des Schraubteiles an dem entsprechenden Ring, was eine optimale axiale Kraftübertragung ermöglicht.

Im allgemeinen sollte eine Stellschraube vorgesehen sein, die radial durch das Schraubteil hindurch gegen die Hohl­ schraube schraubbar ist und so eine unbeabsichtigte Ver­ drehung des Schraubteiles gegenüber der Hohlschraube ver­ hindert, wie dies in Anspruch 5 beschrieben ist.

Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel findet sich in Anspruch 6. Danach soll die Summe der axialen Abmessungen von Hohlschraube und Schraubteil so gewählt sein, daß das Schraubteil durch axiale Anlage an einem gehäusefesten Teil den Hub der Antriebsspindel in einer Richtung begrenzt. Die primär der Verspannung und Befe­ stigung der Membran und der Antriebsspindel dienende An­ ordnung aus Hohlschraube und Schraubteil erhält auf diese Weise eine zweite Funktion, nämlich diejenige der Hubbe­ grenzung, für welche nunmehr keine gesonderten Teile mehr erforderlich sind.

Zweckmäßig ist ferner, wenn das Schraubteil als Überwurf­ mutter ausgebildet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Membran­ antrieb;

Fig. 2 und 3 Ausschnittvergrößerungen aus dem Axial­ schnitt von Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch einen Membranantrieb dargestellt, der weitgehend konventionelle Bauweise auf­ weist. Er umfaßt ein Gehäuse, welches insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist. Das Gehäuse 1 setzt sich zusammen aus zwei Membranschalen 2, 3, einem unteren, in eine mittige Öffnung 4 der unteren Membranschale 3 eingesetzten Deckel 5 und einem in einer mittigen Öffnung 6 der oberen Membranschale 2 befestigten zylindrischen Ansatz 7, der von einem oberen Deckel 8 nach oben abgeschlossen wird.

Das Gehäuse 1 wird von oben bis unten von einer einstückigen Antriebsspindel 9 durchsetzt, die durch den oberen Deckel 8 und den unteren Deckel 5 abgedichtet ausgeführt ist. Der über den oberen Deckel 8 herausragende Bereich der Antriebs­ spindel 9 ist in an und für sich bekannter Weise unterhalb einer Kappe 10 angeordnet, die am oberen Deckel 8 festge­ schraubt ist.

Die Antriebsspindel 9 steht in einer weiter unten ge­ nauer beschriebenen Weise in Mitnahmeverbindung mit einem Membranteller 11, derart, daß eine axiale Bewegung des Membrantellers 11 von einer entsprechenden Axialbewegung der Antriebsspindel 9 begleitet wird.

Zwischen dem Membranteller 11 und einer Tellerscheibe 12, die gemeinsam mit Membranteller 11 und Antriebsspin­ del 9 axial bewegbar ist, ist der Innenrand einer kreis­ ringförmigen Membran 13 verspannt. Details dieser Verspan­ nung werden ebenfalls weiter unten beschrieben.

Der Außenrand der Membran 13 ist in einer hier nicht näher interessierenden Weise zwischen den Rändern der Membranscha­ len 2 dicht eingeklemmt, derart, daß die Membran 13 gemeinsam mit dem Membranteller 13 und dem Federteller 12 den Raum innerhalb des Gehäuses 1 in zwei gegeneinander druckdicht getrennte Kammern 14, 15 unterteilt.

In der oberhalb der Membran 13 liegenden Kammer 14 ist eine Rückstell-Federeinrichtung 16 angeordnet, die beim darge­ stellten Beispiel aus zwei koaxial zueinander verlaufenden Druckfedern 16a und 16b zusammengesetzt ist. Die Druckfedern 16a und 16b sind zwischen der oberen Fläche des Membrantel­ lers 11 und der nach innen zeigenden Fläche des oberen Deckels 8 verspannt.

Soweit der Membranantrieb oben beschrieben wurde, ent­ spricht er herkömmlicher Bauweise. Besonderheiten liegen jedoch hinsichtlich der Art und Weise vor, wie die ein­ stückig durchgehende Antriebsspindel 9 bewegungsschlüssig an den Membranteller 11 angekoppelt und die Membran 13 zwischen Membranteller 11 und Tellerscheibe 12 verspannt ist. Dies wird nunmehr im einzelnen erläutert.

In die Antriebsspindel 9 ist im unteren Bereich eine erste Ringnut 20 eingearbeitet; in axialem Abstand hiervon befindet sich im oberen Bereich der Antriebsspindel 9 eine zweite Ringnut 21. Die Ringnuten 20, 21 dienen als Reaktionsflächen für diejenigen Bauelemente, welche der Befestigung des Membrantellers 11 an der Antriebsspindel 9 sowie der Ver­ spannung der Membran 13 zwischen der Tellerscheibe 12 und dem Membranteller 11 dienen.

Zunächst wird auf Fig. 3 Bezug genommen, die eine Aus­ schnittvergrößerung aus Fig. 1 im Bereich der unteren Ringnut 20 in der Antriebsspindel 1 darstellt. Wie dieser Figur zu entnehmen ist, ist in die Ringnut 20 ein Ring 22 eingelegt, der hälftig innerhalb der Ringnut 20 Platz findet und mit der anderen Hälfte über diese übersteht. Dieser Ring 22 ist - was der Zeichnung nicht zu entnehmen ist - segmentiert, besteht also aus mehreren bogenförmigen Ein­ zelteilen, die von der Seite her in die Ringnut 20 eingelegt werden können und sich dann zu dem Gesamtring 22 vereinigen.

Die Tellerscheibe 12 weist eine Durchgangsbohrung 23 für die Antriebsspindel 9 auf, die nach unten hin mit einer Erweiterung 24 versehen ist. Der Durchmesser der Erweite­ rung 24 der Durchgangsbohrung 23 stimmt mit dem Außendurch­ messer des Ringes 22 überein. Die zwischen der Durchgangs­ bohrung 23 und der Erweiterung 24 liegende Stufe ist am Übergang zum zylindrischen Bereich der Erweiterung 24 mit einem Radius abgerundet, welcher dem Querschnitts­ radius des Ringes 22 entspricht. Offensichtlich ist - wie aus Fig. 3 deutlich wird - die Anordnung so, daß die Tellerscheibe 12 von oben her auf den in die Ringnut 20 eingelegten Ring 22 aufgesetzt werden kann, so daß also die Tellerscheibe 12 über den Ring 22 bei einer Axialbe­ wegung nach unten die Antriebsspindel 9 mitnimmt. Durch den in die Ringnut 20 eingelegten Ring 22 werden also Membran 13 und Antriebsspindel 9 in einer der beiden axialen Richtungen bewegungsschlüssig miteinander verbunden.

Wie Fig. 3 weiter deutlich macht, ist in die obere Stirn­ fläche der Tellerscheibe 12 eine Ringnut 25 eingeformt, in welcher ein am inneren Umfangsrand der ringförmigen Membran 13 vorgesehener Dicht- und Haltewulst 26 einliegt. Radial außerhalb der Ringnut 25 weist die Tellerscheibe 12 eine etwas geringere Dicke als innerhalb des Ringwul­ stes 25 auf, wodurch Platz für die Membran 13 geschaffen wird.

Auf der Tellerscheibe 12 liegt der Membranteller 11 auf und wird gegen diese in einer noch zu beschreibenden Weise so angepreßt, daß der Membranteller 11 im radial innen­ liegenden Bereich direkt an der Tellerscheibe 12 anliegt, während er im radial außenliegenden Bereich die Membran 13 gegen die Tellerscheibe 12 verspannt.

Innerhalb der Durchgangsbohrung 27 des Membrantellers 11 ist in die Antriebsspindel 9 eine weitere Ringnut 27 eingeformt, in welcher eine O-Ringdichtung 28 einliegt. Diese stellt sicher, daß keine Druckkommunikation zwischen den Kammern 14 und 15 entlang der Antriebsspindel 9 durch den Membranteller 11 hindurch möglich ist.

Auf der oberen Stirnfläche des Membrantellers 11 steht das untere, im Durchmesser verjüngte Ende einer Hohlschraube 30 auf, die mit geringem Abstand koaxial über die Antriebs­ spindel 9 geschoben ist. Die Hohlschraube 30 umfaßt einen im wesentlichen zylindrischen Abschnitt 30a, welcher eine glatte Außenmantelfläche aufweisen kann, sowie an dem dem Membranteller 11 abgewandten Ende ein Außengewinde 30b. Dies ist besonders gut in Fig. 2 zu erkennen, auf die nunmehr besonders Bezug genommen wird.

Auf das Außengewinde 30b der Hohlschraube 30 ist eine becherförmige, ein Innengewinde 32 aufweisende Überwurf­ mutter 31 aufgeschraubt. Der Boden der Überwurfmutter 31 wird von einer Durchgangsbohrung 33 für die Antriebs­ spindel 9 durchsetzt, welche eine nach oben zeigende Er­ weiterung 34 aufweist. Die Geometrie der Erweiterung 34 in der Überwurfmutter 31 stimmt mit derjenigen der Erwei­ terung 24 in der Tellerscheibe 12 überein, ist jedoch, wie erwähnt, im Gegensatz zu dieser nach oben offen.

In die im Bereich der Überwurfmutter 31 in der Antriebs­ spindel 9 eingeformte Ringnut 21 ist ein zweiter segmen­ tierter Ring 35 eingelegt, dessen Ausgestaltung dem ersten segmentierten Ring 22 entspricht. Die Einzelteile dieses segmentierten Ringes 35 können also von der Seite her in die Ringnut 21 der Antriebsspindel 9 eingelegt werden und vervollständigen sich so. Wie Fig. 2 deutlich macht, kann sich die Überwurfmutter 31 axial nach oben an dem in der Ringnut 21 der Antriebsspindel 9 einliegenden Ring 35 abstützen.

Die Montage von Membranteller 11, Tellerscheibe 12 und Membran 13 an der Antriebsspindel 9 geschieht wie folgt:

Zunächst wird in die Ringnut 20 der Antriebsspindel 9 der segmentierte Ring 22 von der Seite her eingelegt; die Tellerscheibe 12 wird mit ihrer Erweiterung 24 über den segmentierten Ring 22 geschoben, so daß dieser in der Ringnut 20 festgehalten wird. Der Halte- und Dichtwulst 26 der Membran 13 wird in die Nut 25 an der Oberseite der Tellerscheibe 12 eingelegt. Sodann wird von oben her der Membranteller 11 aufgelegt. Als nächstes wird die Hohl­ schraube 30 so über die Antriebsspindel 9 geschoben, daß ihr unteres Ende, wie aus Fig. 3 ersichtlich, auf der Oberseite des Membrantellers 11 anliegt. Die Überwurf­ mutter 31 wird auf das Außengewinde 30b der Hohlschraube 30 aufgeschraubt und soweit wie möglich nach unten, also in Richtung auf den Membranteller 11, gedreht. In die­ ser Lage ist die Ringnut 21 der Antriebsspindel 9 zugäng­ lich, so daß der segmentierte Ring 35 in die Ringnut 21 ein­ gelegt werden kann. Nunmehr wird die Überwurfmutter 31 wieder nach oben gedreht, bis ihre Erweiterung 34 den segmentierten Ring 35 umgreift und diesen in der Ringnut 21 der Antriebsspindel 9 hält. Beim Weiterdrehen der Über­ wurfmutter 31 nach oben erfährt diese über den segmentier­ ten Ring 35, der axial gegenüber der Antriebsspindel 9 nicht beweglich ist, eine Reaktionskraft, so daß die Hohl­ schraube 30 nach unten geschoben wird. Hierdurch wird der an der Unterseite der Hohlschraube 30 anliegende Mem­ branteller 11 nach unten gedrückt, wobei die Membran 13 und insbesondere ihr Halte- und Dichtwulst 26 zwischen Membranteller 11 und Tellerscheibe 12 dichtend verspannt wird. Die Verschraubung der Überwurfmutter 31 gegenüber der Hohlschraube 30 im genannten Sinne erfolgt solange, bis ein bestimmtes Drehmoment erreicht wird, bei welchem die richtige Verspannung der Membran 13 zwischen Membran­ teller 11 und Tellerscheibe 12 erzielt wird.

Die axiale Länge der Hohlschraube 30 und damit auch die Lage der oberen Ringnut 21 in der Antriebsspindel 9 wird so gewählt, daß die Überwurfmutter 31 gleichzeitig als Hub­ begrenzung dient: Am Ende des Hubes stößt die obere Stirn­ seite der Überwurfmutter 31 an der nach unten zeigenden Fläche des oberen Deckels 8 des Gehäuses 1 an.

Die Hubbewegung nach unten wird durch einen auf der oberen Stirnseite des unteren Deckels 5 des Gehäuses 1 aufgesetz­ ten Distanzring 36 bestimmt.

Claims (8)

1. Membranantrieb mit

• a) einem Gehäuse;
• b) einer Membran, die an ihrem radial äußeren Bereich dicht mit dem Gehäuse verbunden ist;
• c) einem Membranteller, gegen welche die Membran an ihrem radial inneren Bereich dicht verklemmt ist;
• d) einer einstückigen, an beiden Enden aus dem Gehäuse ausgeführten, axial bewegbaren Antriebsspindel, die bewegungsschlüssig mit dem Membranteller verbunden ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

• e) an der Antriebsspindel (9) in axialem Abstand zwei radial überkragende, aufeinander zu zeigende Anlage­ flächen (22, 35) vorgesehen sind, wobei sich mindestens eine der beiden Anlageflächen (22, 35) an einem Teil (35) befindet, welches an der Antriebsspindel (9) kraft­ schlüssig aber lösbar befestigt ist;
• f) an einer der beiden Anlageflächen (22) eine Tellerscheibe (12) anliegt, die eine Durchgangsbohrung (23) aufweist, durch welche die Antriebsspindel (9) hindurchgeführt ist;
• g) an der der Anlagefläche (22) gegenüberliegenden Seite der Tellerscheibe (12) der Membranteller (11) anliegt, wobei der radial innere Bereich der Membran (13) zwi­ schen der Tellerscheibe (12) und dem Membranteller (11) eingeklemmt ist;
• h) an der der Tellerscheibe (12) gegenüberliegenden Seite des Membrantellers (11) ein Ende einer Hohlschraube (30) anliegt, die mit einem Gewinde (30b) versehen ist und welche die Antriebsspindel (9) koaxial, gegen­ über dieser unverdrehbar, umgibt;
• i) auf dem Gewinde (30b) der Hohlschraube (30) ein Schraub­ teil (31) verschraubbar ist, das sich mit einer radial verlaufenden Fläche an der zweiten Anlagefläche (35) der Antriebsspindel (9) abstützt und eine Durchgangs­ bohrung (33) für die Antriebsspindel (9) aufweist.

2. Membranantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Anlageflächen (22, 23) der Antriebsspindel (9) an einem aus Segmenten zusammengesetz­ ten Ring (22, 35) ausgebildet ist, der in einer Umfangsnut (20, 21) der Antriebsspindel (9) so einliegt, daß er bereichs­ weise über die Mantelfläche der Antriebsspindel (9) über­ steht.

3. Membranantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Antriebsspindel (9) aufnehmende Durchgangs­ bohrung (23, 33) der Tellerscheibe (12) und/oder des Schraub­ teils (31) eine Erweiterung (24, 34) aufweist, deren Durch­ messer gleich dem Außendurchmesser des zugehörigen, in der entsprechenden Umfangsnut (20, 21) der Antriebsspindel (9) einliegenden Ringes (22, 35) ist.

4. Membranantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Stufe zwischen der Durchgangsbohrung (23, 33) der Tellerscheibe (12) und/oder des Schraubteils (31) und der entsprechenden Erweiterung (24, 34) mit einem Radius in den zylindrischen Bereich der Erweiterung (24, 34) übergeht, der gleich dem Radius des kreisförmigen Querschnittes des Ringes (22, 23) ist.

5. Membranantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stellschraube (37) vorgesehen ist, die radial durch das Schraubteil (31) hindurch gegen die Hohlschraube (30) schraubbar ist und so eine unbeabsichtigte Verdrehung des Schraubteiles (31) gegenüber der Hohlschraube (30) verhindert.

6. Membranantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der axialen Abmessungen von Hohlschraube (30) und Schraubteil (31) so gewählt ist, daß das Schraubteil (31) durch axiale Anlage an einem gehäusefesten Teil (8) den Hub der An­ triebsspindel (9) in einer Richtung begrenzt.

7. Membranantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubteil (31) als Überwurfmutter ausgebildet ist.