WO2014006046A1 - Aktuator sowie verfahren und vorrichtung zur verbindung von gehäuseelementen eines aktuators - Google Patents

Aktuator sowie verfahren und vorrichtung zur verbindung von gehäuseelementen eines aktuators Download PDF

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WO2014006046A1
WO2014006046A1 PCT/EP2013/063939 EP2013063939W WO2014006046A1 WO 2014006046 A1 WO2014006046 A1 WO 2014006046A1 EP 2013063939 W EP2013063939 W EP 2013063939W WO 2014006046 A1 WO2014006046 A1 WO 2014006046A1
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WO
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housing
housing element
membrane
symmetry
axis
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/063939
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English (en)
French (fr)
Inventor
Florian Ruebsam
Jan VAHALIK
Jürgen Schrepfer
Franz Josef Brulin
Original Assignee
Woco Industrietechnik Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/10—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B19/00—Testing; Calibrating; Fault detection or monitoring; Simulation or modelling of fluid-pressure systems or apparatus not otherwise provided for
    • F15B19/005—Fault detection or monitoring

Definitions

  • the present invention relates to a pneumatic actuator comprising at least a first housing element and at least one second housing element connectable to the first housing element by means of at least one connecting device, wherein a connecting force between the first housing element and the second housing element can be built up by means of the connecting device in at least one connecting region the first housing element and the second housing element at least one membrane is at least partially clamped and the second housing element comprises at least one stop element which limits movement of the first housing member in the direction of the membrane and the second housing element and which in connection of the first housing member with the second housing member in comes in direct contact with the first housing member, as well as a method and apparatus for connecting at least a first housing member and zuind est a second housing element of a control box of a pneumatic actuator.
  • FIG. 1 a shows a cross-sectional view of such an actuator 1 known from the prior art.
  • a cover 3 of the actuator 1 is connected by means of a flange 5 with a housing 7.
  • FIG. 1b an enlargement according to the detail A in FIG. 1a during a beading process is shown, while in FIGS. 1c and 1d a view according to the detail A of FIG. 1a is shown.
  • a membrane 9 is arranged at least in regions between the cover 3 and the housing 7.
  • the lid 3 is placed in the manner shown in Figure lb and then by means of a crimp ring 11, which is driven by a hydraulic press, not shown, formed on the housing 7 flanging tab 13 for producing in the Figure lc shown Flanging 5 deformed.
  • a force is built up between the crimp ring 11 and a crimping die 15 and the crimp ring 11 is moved in the direction of the crimping die 15 until the crimp ring 11 rests on an end stop 17 encompassed by the crimping device.
  • the known from the prior art actuator has the disadvantage that a defined Membranverpressung between the cover 3 and housing 7 is not possible, since this is determined unpredictable exclusively by the Umlege- or crimping process of the housing edge or the flanging tab 13.
  • the membrane compression in the flare composite is so undefined that, despite a defined flanged edge height or flanged flap height and defined travel path of the flanging ring 11, it can not be determined exactly in advance and can not be reproduced sufficiently in the manufacturing process of the actuator. For example, it may lead to a mispositioning of the membrane, as shown in Figure ld.
  • the membrane compressions vary, so that an ideal compression is not reproducible adjustable.
  • the membrane compression is different depending on the geometry of the flanging tab, the size of the material pairing cover / housing, the geometry of the flanging area or the respective material batches of the housing areas or the membrane.
  • identical elements are in particular process fluctuations.
  • the established forces and thus the final geometry of the Actuator due to wear such as the crimping device, or varying frictional forces, for example, with different greasing of moving parts.
  • the housing for example, straight or oblique bearing surfaces, with depressions, radii, etc.
  • the lid for example, straight or oblique bearing surfaces, undercuts, depressions or radii, or for the membrane 9, in particular a Membranwulst 19, for example, a wedge shape or straight surfaces or to form grooves or different bead shapes. All these parameters strongly influence the compression of the membrane by the bonding process, in particular a Umlegerati a housing edge during a flanging.
  • connection method known from the prior art does not make it possible to control or overgrow the correct position of the membrane, in particular of a membrane area, such as a circumferential thickening or bulge, before, during and after the connection process.
  • connection process known from the prior art necessitates the use of maintenance, work space and cost intensive and comparatively environmentally polluting hydraulic presses for driving the crimp ring, in order to build up sufficient forces for deformation of the crimping lug or for adequate membrane crimping.
  • a servo motor for the pneumatic actuation of actuators in motor vehicles is known.
  • This servomotor has a cup-shaped housing part and a second housing part. These can be connected to each other via a snap hook.
  • a rubber membrane is placed and pressed between the housing parts.
  • To align the housing parts together is in Area of a recess for receiving a sealing bead of the rubber membrane provided a centering.
  • this compound also has the disadvantage that it can lead to excessive compression of the membrane and thus to an impairment of the structure of the membrane, which can lead to an immediate or a later cracking in the rubber membrane.
  • DE 10 2006 048 084 A1 discloses a linear sensor.
  • This linear sensor is used in particular in an adjusting device which has a pneumatic actuator. It is provided that a membrane covered by a pressure plate is held on the edge side in a housing. To achieve this holding of the membrane, it is provided that a housing is connected by means of a flanging to a further housing component, wherein the membrane is arranged in an intermediate region between the housing and the housing component. Also for this connection of the housing with the housing component, the use of very strong and costly presses is necessary due to the necessary large forces. Cost-benefit aspects usually require the use of hydraulic presses.
  • the object relating to the actuator is achieved in that the stop element is arranged at least partially outside the connection region.
  • the stop element after connection of the first housing element with the second housing element is in direct contact with the first housing element and / or by the stop element in the connected state of the first Housing element with the second housing element, a direct adhesion between the first housing member and the second housing member is provided.
  • the first housing element comprises a housing of the actuator and the second housing element comprises a cover of the actuator or the first housing element comprises a cover of the actuator and the second housing element comprises a housing of the actuator, wherein in particular the cover at least partially a control chamber of the actuator and / or the housing at least partially limits a drive space of the actuator, and / or within the lid at least one drive device, at least one position detection device and / or at least one return element, such as a spring, is or are arranged.
  • the membrane has a thickening at least in regions in an edge region, wherein the thickening in at least one recess of the first housing member and / or the second housing element can be arranged, in particular after connection of the first housing member and the second housing member in the Recess is arranged and / or the recess is formed at least partially in the form of an undercut in the first housing member and / or the second housing member.
  • the first housing element has at least one first axis of symmetry and the second housing element has at least one second axis of symmetry, wherein preferably a membrane area spanned by the membrane extends substantially perpendicular to the first axis of symmetry and / or the second axis of symmetry and / or in the case of a connection of the first housing element to the second housing element, the first axis of symmetry runs parallel to the second axis of symmetry and / or coincides with the second axis of symmetry.
  • an actuator according to the invention may be characterized in that the first housing element and / or the second housing element comprises at least one clamping element and / or at least a first contact region, wherein by means of the clamping element and / or the first contact region, a clamping force between the first housing element and the second Housing element can be exercised on the membrane.
  • the stop element it is preferable for the stop element to lie on a radially outer side of the thickening with respect to the first axis of symmetry and / or the second axis of symmetry and / or the clamping element and / or the first contact area to be radially inner with respect to the first symmetry axis and / or the second symmetry axis Side of the thickening is, wherein preferably the recess is at least partially bounded by the stop element, the first contact region and / or the clamping element.
  • the invention proposes that the stop element extends substantially parallel to the second axis of symmetry and the stop element in the first contact region of the first housing element comes into contact with the first housing element at a connection of the first housing element, wherein the first contact region preferably of at least one is formed in particular outside the connection region with respect to the first axis of symmetry radially outwardly extending extension.
  • the connecting region prefferably covers a circumferential region, in particular a circumference with respect to the first axis of symmetry and / or the second axis of symmetry, of the first housing element and / or of the second housing element, and / or the connecting device comprises at least one flange, at least one clip element, comprises at least one clamping element and / or at least one clamping element.
  • the bead it is particularly preferred for the bead to have at least one crimping lug, preferably encompassed by the second housing element, wherein the crimping lance extends at least partially parallel to the first axis of symmetry and / or the second axis of symmetry.
  • the invention proposes that a multiplicity of stop elements, connecting devices, connecting regions, first contact regions and / or extensions are provided, wherein preferably at least one flanging tab, preferably a plurality of flanged tabs, in particular all flanged tabs, of the connecting devices are arranged at least in regions between two extensions is or are.
  • the flanging tab prefferably be at least in regions one to the first axis of symmetry and / or the second one Has symmetry axis inclined side surface and / or a rounded outer edge, in particular for forming an insertion and / or insertion bevel for the extensions of the first housing element.
  • an actuator may be characterized in that the connection area of all the connection means is less than 50%, more preferably 50%> to 40%>, even more preferably 40%) to 35%, even more preferably 35% to 30%> and most preferably less than 30%> of the circumference of the first housing element and / or the second housing element in a plane perpendicular to the first axis of symmetry and / or the second axis of symmetry, preferably the ratio between an extension of the connection region, in particular the flanged lance, and an extension of the extension in FIG a plane perpendicular to the first axis of symmetry and / or the second axis of symmetry substantially 1: 1, more preferably 1: 1 to 1: 1.5, even more preferably 1: 1.5 to 1: 1.6, even more preferably 1: 1.6 to 1: 1.7 and am most preferably less than 1: 2.
  • the object relating to the method is achieved by a method for connecting at least one first housing element and at least one second housing element of a pneumatic actuator with at least partially clamping at least one membrane between the first housing element and the second housing element, comprising arranging the membrane in the second housing element, placing the first housing element on the second housing element until formation of a contact of the first housing element with at least a region of the membrane, moving the first housing element in the direction of the second housing element and / or the membrane while recording an actual force-displacement characteristic for the movement up to a contact of a stop element of the second housing element with the first housing element and the evaluation of the actual force-displacement characteristic curve for detecting a predetermined position of the membrane with respect to the first housing element and / or of the second housing element.
  • the movement of the first housing element is effected by means of at least one hold-down device. It is also proposed with the invention that the force applied to the movement of the first housing element in the direction of the second housing element and / or the membrane is absorbed as a function of the path of this movement as an actual force-displacement characteristic.
  • An inventive method may be characterized in particular by the fact that the evaluation of the actual force-displacement curve comprises a comparison of the actual force-displacement curve with at least one desired force-displacement curve and / or by the evaluation of the detection of a a predetermined position of a region of the membrane, such as a thickening, is achieved, in particular a detection is performed that the region of the membrane at least partially outside a desired range, in particular one, preferably at least partially limited by the first housing member and / or the second housing member, recess and / or between at least one clamping element and / or at least one first contact region on the one hand and the first housing element and / or the second housing element on the other hand.
  • the evaluation in particular for detecting a deviation of the predetermined position of the membrane, that in comparison to the desired force-path characteristic at a smaller distance of the movement and / or to an earlier Time of movement, an increase in force is detected and / or after the beginning of the increase in force, a longer path is detected until contact of the first housing element with the stop element.
  • a connection of the first housing element to the second housing element is produced by means of at least one connecting device, preferably by producing a bead, in particular by deforming at least one flanged lug.
  • at least one connecting device preferably by means of at least one hemming device, preferably at least one, for example, in the axial direction attacking flare of the hemming, and / or by means of at least one calking, for example by means of radially attacking slider.
  • the object relating to the device is achieved by a device for connecting at least one first housing element and at least one second housing element of a, in particular pneumatic actuator according to the invention under at least partially clamping at least one membrane between the first housing element and the second housing element, in particular by means of a method according to the invention comprising at least one hold-down device for moving the first housing element in the direction of the second housing element and / or the membrane, at least one sensing device for receiving at least one actual force-displacement characteristic curve for the movement up to a contact of a stop element of the second housing element with the first housing element and at least one evaluation device for evaluating the actual force-displacement characteristic curve for detecting a predetermined position of the membrane with respect to first housing element and / or the second housing element.
  • the device further comprises at least one connecting device for connecting the first housing element to the second housing element, in particular by means of at least one connecting device, preferably containing at least one, in particular at least one flare ring comprising flanging and / or at least one caulking.
  • the holding-down device, the hemming device and / or the caulking device be formed in one area, in particular at least one common drive device, preferably at least one pneumatically and / or electromotively operating drive device.
  • a device according to the invention may be characterized in that the sensing device and / or the evaluation device is / are at least partially encompassed by the hold-down device, the connecting device, in particular the flanging device and / or caulking device, and / or the drive device.
  • the invention is thus based on the surprising finding that an abutment or abutment element for a first housing element is formed integrally in the actuator itself, in particular in a second housing element, this abutment element being arranged in a region of the second housing element is outside a range in which by means of a connecting device a Connecting force is constructed, a defined membrane compression between the first housing member and the second housing element can be achieved.
  • connection portion does not cover the entire circumference of the first housing member, reliable monitoring of proper seating of the diaphragm or a diaphragm portion such as a diaphragm bead in the connecting portion can be achieved during the performance of a connection method or the second housing element so that a lower connection force has to be built up, drive devices in the form of pneumatic or electromotive drive devices or presses are used in the production of a connection by a flanging.
  • a defined distance between these two housing elements is ensured, which in turn defines the compression of the membrane or of a region of the membrane, such as a membrane bead, in the clamping dressing or connection assembly. Due to the fact that the stop element is arranged outside the connection region, that is to say outside the region in which a connection force is built up directly via the connection device, impairment of the stop element, in particular deformation thereof, for example during the build-up of a force to achieve a bead, is achieved. avoided.
  • a stop element in the context of the invention is thus understood in particular an element by means of which the first housing element and the second housing element are in contact when the housing elements are connected together, so that after the connection, a direct adhesion between the housing elements by the direct contact this is achieved in the region of the stop element.
  • the crimp covering covers the entire circumference of the housing elements, that is, the connecting area extends over the entire circumference of the housing elements, such a defined membrane compression is not possible and beyond the construction of very high pressure forces necessary ,
  • This construction of the actuator makes it possible in particular during a connection process in a first step in the second housing element, the membrane is arranged and then the first housing member is placed on the second housing member and the membrane that the first housing member at least partially with the membrane in Contact is coming. In a subsequent step, the first and the second housing element including the membrane are then compressed with a force-path monitored hold-down device until a fixed stop, that is a contact of the stop element of the second housing element with the first housing element.
  • a deviation of the position of the membrane, in particular a membrane region, such as a Membranwulst detected become.
  • the path characteristic is taken up from the point at which the membrane first comes into contact with the first housing element.
  • the force-displacement characteristic of the hold-down movement of the first and second housing element is recorded and evaluated. This evaluation is carried out in particular by a comparison with a, in particular a 10-position of the membrane corresponding, desired characteristic.
  • the membrane or the membrane region is arranged at at least one location outside the predetermined position, for example if the membrane or membrane bead is displaced in a radial direction of an axis of symmetry of the first housing element or of the second housing element, then from the first Contact between the diaphragm and the first housing element recorded an early, but slower increase in force because corresponding elements of the first housing element, such as a clamping element, although earlier come into contact with the membrane and so compared to a compression in a correct positioning of the membrane, which is referred to as the iO layer, after a shorter distance during the movement process between the first housing member and the second housing member, the membrane is pressed.
  • This niO layer can also be detected in particular by the fact that a total path or a total distance increases up to a contact between the stop element and the first housing element.
  • connection force is not built up in the region of the stop element, since the stop element is arranged outside the connection region, a change in the position of the membrane or a distance between the first housing element and the second housing element after reaching the hold-down position is avoided and so the defined position of the diaphragm, the first housing member and the second housing member is ensured relative to each other.
  • connection area In that the area in which the stop element is arranged is recessed as the connection area, only lower connection forces must be built up.
  • connection is achieved by a bead, is so that the area to be deformed of the second housing element lower, so that for such beading instead of very strong and thus costly presses, for example, hydraulic presses, more cost-effective, especially pneumatic or electromotive, presses can be used.
  • both the hold-down device and the connecting device are driven by means of one and the same drive device, such as a pneumatic drive device or an electromotive drive device.
  • a pneumatic drive device or an electromotive drive device such as a pneumatic drive device or an electromotive drive device.
  • the hold-down process can then be ended and the actuator removed.
  • the inspection of the seat of the membrane thus takes place during the manufacturing process, so that the cycle times can be increased in comparison to additional quality inspection steps.
  • the second housing element has a "crown-like" profile of the outer circumference.This makes it possible for the depressions in the crown profile to form corresponding stop elements, while the tips of the crown profile form the flanged flaps.
  • extensions formed on the outer circumference of the first housing element can then be received in order to achieve the defined position between the first housing element and the second housing element when holding down the first housing element, in particular to establish contact between the first housing element and the stop element ,
  • the flanged tabs which are arranged in the region between the extensions on the circumference of the first housing element, can then be folded to achieve the flanging, in particular be folded around a radially outwardly extending edge region of the first housing element.
  • the ratio of the width of the crown tips to the width of the stop elements is preferably less than 1: 1 in order to achieve the greatest possible reduction in the force necessary for the deformation or flanging.
  • the stop element is arranged on a peripheral edge of the second housing element, whereby the influence of the structure of the connecting force, in particular during a flanging, is reduced to the stop element, in particular in comparison to a radially further inward in the housing element arranged stop element.
  • this arrangement of the stop element reduces the space required for the connection space.
  • a larger holding period is to be provided.
  • the advantage of the inventive design of the actuator, the method and the device is, inter alia, that the risk that the membrane or a membrane region, such as a membrane bead, is not pressed correctly in a clamping area and thereby during operation of the Control can slip out, is minimized.
  • the method according to the invention enables a 100% appointment of the niO layers.
  • a spring installation space of a spring of the actuator and a total stroke of the actuator can be better defined already in the design phase, since the more accurate compression of the membrane is known.
  • a better spring design and thus an improved characteristic calculation can be made possible.
  • the individual parts used in the method according to the invention, in particular the first housing element, the second housing element and the membrane can finally be used in comparison to known from the prior art actuators, apart from the formation of the stop elements and adjustment of the tools without significant structural adjustment ,
  • the actuator may be designed as a vacuum or overpressure actuator.
  • FIGS. 1 a to 1 d show views of an actuator known from the prior art
  • Figure 2 is a plan view of an actuator according to the invention.
  • FIG. 3 shows a detailed view of the actuator of FIG. 2 according to the detail B;
  • Figure 4 is a cross-sectional view of the section C of Figure 2.
  • Figure 5 is a Kraftwegdiagramm, in the corresponding desired.
  • FIG. 2 shows an actuator 101 or control box according to the invention, which comprises a first housing element in the form of a cover 103 and a second housing element in the form of a housing 107.
  • the first housing element 103 has an axis of symmetry Si and the second housing element 107 has a second axis of symmetry S 2 .
  • Both the cover 103 and the housing 107 are rotationally symmetrical to the symmetry axis Si or symmetry axis S 2 formed.
  • the lid 103 and the housing 107 are connected to each other via a connecting device in the form of a flanging 105.
  • FIG. 3 shows a detailed view of the flanging 105 according to the detail B in FIG. As can be seen in FIG.
  • stop elements 11 are formed on the second housing element 107 in the area of the flange 105.
  • the stop elements 111 are formed by depressions in a crown profile, wherein flanged tabs 113 are formed by the tips of the crown profile. Between the individual flanging tabs 113, extensions 115 of the first housing element 103 which are in direct contact with the stop elements 111 are arranged. After a successful connection of the first housing element 103 with the second housing element 107 by means of the connecting device formed by the bead, in particular the flanged lugs 113, there is a mechanical contact between the extensions 115 and the stop elements 111. As can be seen in particular FIG.
  • the stop elements are 111 outside of a connecting portion 114, that is, outside a range in which a connecting force between the first housing member 103 and the second housing member 107 by the flanged tabs 113, in particular a deformation thereof, is constructed. This ensures that a defined distance between the first housing element 103 and the second housing element 107 is set, as described in more detail below.
  • the extensions 115 extend in a radial direction with respect to the axis of symmetry Si or the axis of symmetry S 2, while the flanging tabs 113 extend along an axial direction of the symmetry axis Si and S 2 , in particular before a flanging.
  • the stop elements 111 or the extensions 115 have a width bi, while the flanged straps 113 have a width b 2 .
  • the ratio b 2 : bi is preferably less than 1: 1, particularly preferably 1: 2.
  • the width bi may be 10 mm, while the width b 2 is 5 mm, for example, when the actuator 101 has a diameter of 100 mm.
  • This ratio offers the advantage that comparatively small forces have to be built up for a deformation of the flanging tabs 113 during a beading, but at the same time the flanged tabs 113 have sufficient stability so as not to be deformed by unwanted external influences.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of the detail C of FIG. 2 from the direction R of FIG.
  • a membrane 109 is clamped between the housing element 103 and the housing element 107.
  • the actuator 101 is shown in Figure 4 in a state in which the membranes 109 has been inserted into the housing 107 and the housing member 103 from the position shown in dashed lines in Figure 4 by means of a hold-down device, not shown in the direction of the housing 107th or the membrane 109 has been moved in the position shown in solid lines in Figure 4 until the extension 115 rests on the stop member 111.
  • the diaphragm 109 was clamped between the lid 103 and the housing 107, in particular between the housing 107 and a clamping member 117 which is formed on the lid 103.
  • the membrane 109 is clamped in a membrane region in the form of a membrane bead 119 between the cover 103 and the housing 107, more precisely in a region of a recess 121 which is formed in the form of an undercut in the cover 103 and the clamping element 117 and the Stop element 111 is limited.
  • the position and the geometry of the depression 121 are precisely defined or defined by the stop element 111 in this position of the cover 103 and of the housing 107, and at the same time the distance of the cover 103 from the housing 107 in the area of Clamping element 117 defined. Due to this defined geometry in the clamping region of the membranes 109 or the membrane bead 119, a predefined membrane tension or membrane compression can be set by holding down the cover 103.
  • FIG. 4 shows that the stop element 111 is arranged outside the region in which the flanging tabs 113 are arranged so that, by folding over the flanging tab 113, there is essentially no change in the geometry in the region of the membrane 109 or membrane bead 119 in the region of the stop element 111 takes place.
  • the connection force is not built up in the region of the stop element 111, a relative movement between the stop member 111 and the extension 115 as well as a Deformation of the stop member 111 and the extension 115 avoided.
  • a defined Membranverpessung is achieved.
  • this construction of the actuator 101 or the method according to the invention also makes it possible to detect a malpositioning of the membranes 109, in particular of the membrane bead 119. This is made possible by the fact that a force-displacement curve is recorded during the hold-down movement.
  • This movement is limited by reaching a contact between the stop member 111 and the extension 115.
  • FIG. 5 shows a force-displacement diagram for this hold-down movement.
  • Reference numeral 200 denotes a desired force-displacement characteristic. If the membrane 109 or the membrane bead 119 is located in a desired position or a predetermined position designated as an IO position, the force-displacement characteristic curve for the hold-down movement runs along an actual characteristic 202, which essentially corresponds to the desired characteristic curve 200, which just describes an iO position corresponds. However, if there is a displacement of the membranes 109, in particular of the membrane bead 119, for example in a direction to the right in FIG. 4, the movement follows the actual force-travel characteristic curve 204, which describes an exemplary niO layer.
  • the absolute values may change, but the ratio of the different curves of the force-displacement characteristic remains unchanged. This makes it possible to differentiate the niO position from the iO position, even with different test series, ie test series of actuators with different geometries.
  • a larger path is covered until there is contact between the abutment element 111 and the Extension 115 is coming. This contact is indicated by the increase 206 of the actual characteristic 204.
  • the increase 206 just describes the course of the force-displacement curve after approaching the stop.
  • the path is extended when the bead 119 is arranged in the region between the housing 107 and the clamping element 117. If the membrane bead 1 19 is thus arranged at a location outside the clamping region 121, an early increase in force is recorded, since the membrane bead 119, or some millimeters earlier, is pinched by the clamping element 117 than under the correct position conditions of the diaphragm 109 with the recess 121 would be the case. In addition, a larger way to a contact between the stop member 111 and the extension 115 to cover.
  • the method according to the invention, the actuator according to the invention and the device according to the invention make it possible to achieve a defined membrane compression between two housing elements in an actuator and to reliably monitor a correct fit of the membrane, in particular a membrane bead, in a clamping area during a mounting process can be.
  • Si S 2 symmetry axis A, B, C section d distance R direction bi, b 2 width

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatischen Aktuator (101), umfassend zumindest ein erstes Gehäuseelement (103) und zumindest ein mit dem ersten Gehäuseelement mittels zumindest einer Verbindungseinrichtung (113) verbindbares zweites Gehäuseelement (107), wobei mittels der Verbindungseinrichtung in zumindest einem Verbindungsbereich (114) eine Verbindungskraft zwischen dem ersten Gehäuseelement und dem zweiten Gehäuseelement aufbaubar ist, zwischendem ersten Gehäuseelement und dem zweiten Gehäuseelement zumindest eine Membran (109, 119) zumindest bereichsweise einspannbar ist und das zweite Gehäuseelement zumindest ein Anschlagelement (111) umfasst, durch welches eine Bewegung des ersten Gehäuseelements in Richtung der Membran und des zweiten Gehäuseelements begrenzt und welches bei Verbindung des ersten Gehäuseelements mit dem zweiten Gehäuseelement in direkten Kontakt mit dem ersten Gehäuseelement gelangt, wobei das Anschlagelement zumindest bereichsweise außerhalb des Verbindungsbereiches angeordnet ist, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbindung zumindest zweier Gehäuseelemente einer Steuerdose eines pneumatischen Aktuators.

Description

Aktuator sowie Verfahren und Vorrichtung zur Verbindung
von Gehäuseelementen eines Aktuators
Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatischen Aktuator, umfassend zumindest ein erstes Gehäuseelement und zumindest ein mit dem ersten Gehäuseelement mittels zumindest einer Verbindungseinrichtung verbindbares zweites Gehäuseelement, wobei mittels der Verbindungseinrichtung in zumindest einem Verbindungsbereich eine Verbindungskraft zwischen dem ersten Gehäuseelement und dem zweiten Gehäuseelement aufbaubar ist, zwischen dem ersten Gehäuseelement und dem zweiten Gehäuseelement zumindest eine Membran zumindest bereichsweise einspannbar ist und das zweite Gehäuseelement zumindest ein Anschlagelement umfasst, welches eine Bewegung des ersten Gehäuseelements in Richtung der Membran und des zweiten Gehäuseelements begrenzt und welches bei Verbindung des ersten Gehäuseelements mit dem zweiten Gehäuseelement in direkten Kontakt mit dem ersten Gehäuseelement gelangt, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbindung zumindest eines ersten Gehäuseelements und zumindest eines zweiten Gehäuseelements einer Steuerdose eines pneumatischen Aktuators.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zwei Gehäuseelemente eines pneumatischen Aktuators, der oft auch als„Steuerdose" bezeichnet wird, insbesondere derartig zu verbinden, dass ein Bördelverbund zwischen einem Deckel und einem Gehäuse des Aktuators hergestellt wird.
In Figur la ist eine Querschnittsansicht eines solchen aus dem Stand der Technik bekannten Aktuators 1 dargestellt. Ein Deckel 3 des Aktuators 1 ist mittels einer Umbördelung 5 mit einem Gehäuse 7 verbunden. In Figur lb ist eine Vergrößerung gemäß dem Ausschnitt A in Figur la während eines Umbördelungvorganges dargestellt, während in den Figuren lc und ld jeweils eine Ansicht gemäß dem Ausschnitt A der Figur la dargestellt ist.
Wie Figur lb zu entnehmen ist, ist bei einer Verbindung des Deckels 3 mit dem Gehäuse 7 des Aktuators 1 eine Membran 9 zumindest bereichsweise zwischen dem Deckel 3 und dem Gehäuse 7 angeordnet. Nach Einlegen der Membran 9 in das Gehäuse 7 wird der Deckel 3 in der in Figur lb dargestellten Weise aufgesetzt und anschließend mittels eines Bördelrings 11, der über eine nicht dargestellte Hydraulikpresse angetrieben wird, eine an dem Gehäuse 7 ausgebildete Bördellasche 13 zur Herstellung der in der Figur lc dargestellten Umbördelung 5 verformt. Dazu wird eine Kraft zwischen dem Bördelring 11 und einer Bördelmatritze 15 aufgebaut und der Bördelring 11 solange in Richtung der Bördelmatrize 15 bewegt, bis der Bördelring 11 auf einem von der Bördelvorrichtung umfassten Endanschlag 17 aufliegt.
Dadurch wird die in der Figur lc detaillierter dargestellte Umbördelung 5 hergestellt.
Der aus dem Stand der Technik bekannte Aktuator weist jedoch den Nachteil auf, dass eine definierte Membranverpressung zwischen Deckel 3 und Gehäuse 7 nicht möglich ist, da diese ausschließlich durch den Umlege- bzw. Bördelprozess des Gehäuserandes bzw. der Bördellasche 13 unvorhersehbar bestimmt wird. So ist die Membranverpressung in dem Bördelverbund derartig Undefiniert, dass sie trotz definierter Bördelrandhöhe bzw. Bördellaschenhöhe und definiertem Verfahrweg des Bördelrings 11 nicht exakt vorab bestimmbar ist und im Herstellungsprozess des Aktuators nicht in ausreichendem Maße reproduzierbar ist. So kann es beispielsweise zu einer Fehlpositionierung der Membran, wie sie in Figur ld dargestellt ist, kommen.
Trotz gleichem äußerem Bördelmaß variieren die Membranverpressungen, so dass eine Idealverpressung nicht reproduzierbar einstellbar ist. So ist die Membranverpressung je nach Geometrie der Bördellasche, der Baugröße der Materialpaarung Deckel/Gehäuse, der Geometrie des Bördelbereichs oder der jeweiligen Materialchargen der Gehäusebereiche bzw. der Membran unterschiedlich. Bei grundsätzlich baugleichen Elementen bestehen insbesondere Prozessschwankungen. So kommt es auch ohne Veränderungen der Geometrie der Elemente zu Schwankungen. Beispielsweise variieren die aufgebauten Kräfte und damit die Endgeometrie des Aktuators aufgrund Verschleiß, beispielsweise der Bördelvorrichtung, oder variierenden Reibungskräfte beispielsweise bei unterschiedlichen Fettungen von beweglichen Teilen. Auch existieren neben Prozessschwankungen beispielsweise unterschiedliche geometrische Formen für das Gehäuse, beispielsweise gerade oder schräge Auflageflächen, mit Vertiefungen, Radien etc., und für den Deckel, beispielsweise gerade oder schräge Auflageflächen, Hinterschnitte, Vertiefungen bzw. Radien, oder für die Membran 9, insbesondere einer Membranwulst 19, beispielsweise eine Keilform oder gerade Flächen oder unter Ausbildung von Rillen oder verschiedene Wulstformen. Alle diese Parameter beeinflussen stark die Verpressung der Membran durch den Verbindungsprozess, insbesondere einen Umlegeprozess eines Gehäuserandes während einer Umbördelung.
Dies kann dazu führen, dass es zu einer zu hohen Membranverpressung kommen kann, die zu einer sofortigen Rissbildung oder einer früheren Rissbildung über die Lebensdauer der Membran führen kann, was dann zu einem Ausfall des Aktuators führt. Hingegen kann es bei einer zu geringen Membranverpressung zu einem Herausrutschen der Membran, insbesondere der Membranwulst, aus dem Bereich zwischen dem Deckel und dem Gehäuse im Bereich der Umbördelung kommen, was ebenfalls zu einem Ausfall des Aktuators führt. Ein solches Herausrutschen ist in Figur ld dargestellt. Eine solche Lage der Membran wird auch als niO- Lage bezeichnet.
Schließlich ermöglicht es das aus dem Stand der Technik bekannte Verbindungsverfahren nicht, die korrekte Lage der Membran, insbesondere eines Membranbereichs, wie einer umlaufenden Verdickung oder Wulst, vor, während und nach dem Verbindungsprozess zu kontrollieren bzw. zu überwachsen.
Bei dem bisher eingesetzten Verfahren zur Verbindung des Deckels und des Gehäuses werden zur Prozessvalidierung und Überwachung Einzelproben der Serienproduktion des Aktuators entnommen und in einer Schnittbildanalyse die Membranverpressungsparameter und die Lage der Membran stichprobenartig kontrolliert. Dies führt jedoch zu einem aufwändigen Herstellungs- und Überwachungsprozess, insbesondere zu Durchführung einer exakten Membranverpressungskontrolle . Auch wird versucht, durch die Überprüfung von Funktionsparametern, wie die Bewegungsparameter einer mit der Membran verbundenen Antriebstange bei Drehung der Antriebstange oder Dichtigkeitsparameter bei Vakuumverfahren, den produzierten Aktuator zu prüfen, was den Herstellungsprozess jedoch verzögert und keine absolute Ausfallsicherheit liefert.
Darüber hinaus macht der aus dem Stand der Technik bekannte Verbindungsprozess den Einsatz von wartungs-, arbeitsraum- und kostenintensiven und vergleichsweise umweltbelastenden hydraulischen Pressen zum Antrieb des Bördelrings notwendig, um ausreichende Kräfte für eine Verformung der Umbördelungslasche bzw. für eine ausreichende Membranverpressung aufzubauen.
Aus der DE 2 312 921 ist darüber hinaus eine Anordnung zum Einspannen einer Membran bekannt. Die dort dargestellte Membran wird in einem Wasserschalter von wasserstromgesteuerten Gaswasserheizern oder in Druckausdehnungsgefäßen von Zentralheizungsanlagen eingesetzt. Es wird vorgeschlagen, dass zwei Teile, zwischen denen die Membran eingespannt wird, mit Sicken versehen sind, wobei die Sicke eines Teils sowohl die Membran als auch den zum Umfassen eines Membranrandes hochgestellten Randes des anderen Teils umgibt. Auch diese Anordnung weist jedoch den Nachteil auf, dass sehr hohe Kräfte für eine Umbördelung, die insbesondere lediglich mit sehr starken und damit kostenintensiven, zum Beispiel hydraulischen, Pressen aufgebaut werden können, zur Erreichung einer ausreichenden Membranverpressung notwendig sind. Auch ist für die Umbördelung ein großer Bauraum notwendig und aufgrund der Tatsache, dass eine große Anzahl von Einzelteilen vorhanden ist, sich die Schwankungen aufgrund der Einzeltoleranzen vergleichsweise groß. Schließlich wird keine Lageüberwachung der Membran, also eine Prüfung der korrekten Lage der Membran ermöglicht.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik in Form der DE 31 02 382 C2 ein Servomotor zur pneumatischen Betätigung von Stellelementen in Kraftfahrzeugen bekannt. Dieser Servomotor weist ein topfförmiges Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil auf. Diese können über einen Schnapphacken miteinander verbunden werden. Dabei wird zwischen den Gehäuseteilen eine Gummimembran angeordnet und verpresst. Zur Ausrichtung der Gehäuseteile aneinander ist im Bereich einer Vertiefung zur Aufnahme einer Dichtwulst der Gummimembran ein Zentrierelement vorgesehen. Auch diese Verbindung weist jedoch den Nachteil auf, dass es zu einer übermäßigen Verpressung der Membran und damit zu einer Beeinträchtigung der Struktur der Membran kommen kann, die zu einer sofortigen oder einer späteren Rissbildung in der Gummimembran führen kann.
Darüber hinaus offenbart die DE 10 2006 048 084 AI einen Linearsensor. Dieser Linearsensor wird insbesondere in einer Stelleinrichtung, die einen pneumatischen Aktuator aufweist, eingesetzt. Dabei ist vorgesehen, dass eine von einem Druckteller umfasste Membran randseitig in einem Gehäuse gehalten wird. Zur Erreichung dieses Haltens der Membran ist vorgesehen, dass ein Gehäuse mittels einer Umbördelung mit einer weiteren Gehäusekomponente verbunden wird, wobei die Membran in einem Zwischenbereich zwischen Gehäuse und der Gehäusekomponente angeordnet wird. Auch für diese Verbindung des Gehäuses mit der Gehäusekomponente ist aufgrund der notwendigen großen Kräfte der Einsatz von sehr starken und kostenintensiven Pressen notwendig. Unter Kosten-Nutzen-Gesichtpunkten ist zumeist der Einsatz von hydraulischen Pressen notwendig.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den aus dem Stand der Technik bekannten Aktuator, das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Verbindung von Gehäuseelementen eines Aktuators sowie die Vorrichtung zur Verbindung der Gehäuseelemente eines Aktuators derartig weiter zu entwickeln, dass die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden, insbesondere eine definierte Membranverpressung erreicht wird, ein geringer Bauraum für die Fixierung der Membran notwendig ist, eine automatische Erkennung einer Fehlpositionierung der Membran erreicht wird und der Einsatz von kostengünstigen pneumatischen oder elektromotorischen Pressen ermöglicht wird.
Die den Aktuator betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Anschlagelement zumindest bereichsweise außerhalb des Verbindungsbereiches angeordnet ist.
Dabei ist besonders bevorzugt, dass das Anschlagelement nach Verbindung des ersten Gehäuseelements mit dem zweiten Gehäuseelement in direktem Kontakt mit dem ersten Gehäuseelement steht und/oder durch das Anschlagelement im verbundenen Zustand des ersten Gehäuseelements mit dem zweiten Gehäuseelement ein direkter Kraftschluss zwischen dem ersten Gehäuseelement und dem zweiten Gehäuseelement bereitgestellt ist.
Bevorzugt ist ferner, dass das erste Gehäuseelement ein Gehäuse des Aktuators und das zweite Gehäuseelement einen Deckel des Aktuators umfasst oder das erste Gehäuseelement einen Deckel des Aktuators und das zweite Gehäuseelement ein Gehäuse des Aktuators umfasst, wobei insbesondere der Deckel zumindest bereichsweise einen Steuerraum des Aktuators und/oder das Gehäuse zumindest bereichsweise einen Antriebsraum des Aktuators begrenzt, und/oder innerhalb des Deckels zumindest eine Antriebsvorrichtung, zumindest eine Positionserfassungseinrichtung und/oder zumindest ein Rückstellelement, wie eine Feder, angeordnet ist bzw. sind.
Weiterhin wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass die Membran zumindest bereichsweise in einem Randbereich eine Verdickung aufweist, wobei die Verdickung in zumindest einer Vertiefung des ersten Gehäuseelements und/oder des zweiten Gehäuseelements anordbar ist, insbesondere nach Verbindung des ersten Gehäuseelements und des zweiten Gehäuseelements in der Vertiefung angeordnet ist und/oder die Vertiefung zumindest bereichsweise in Form eines Hinterschnitts in dem ersten Gehäuseelement und/oder dem zweiten Gehäuseelement ausgebildet ist.
Auch wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass das erste Gehäuseelement zumindest eine erste Symmetrieachse aufweist und das zweite Gehäuseelement zumindest eine zweite Symmetrieachse aufweist, wobei vorzugsweise eine von der Membran aufgespannte Membranfläche im wesentlichen senkrecht zu der ersten Symmetrieachse und/oder der zweiten Symmetrieachse verläuft und/oder bei einer Verbindung des ersten Gehäuseelements mit dem zweiten Gehäuseelement die erste Symmetrieachse parallel zu der zweiten Symmetrieachse verläuft und/oder mit der zweiten Symmetrieachse zusammenfällt.
Weiterhin kann ein erfindungsgemäßer Aktuator dadurch gekennzeichnet sein, dass das erste Gehäuseelement und/oder das zweite Gehäuseelement zumindest ein Einspannelement und/oder zumindest einen ersten Kontaktbereich umfasst, wobei mittels des Einspannelements und/oder des ersten Kontaktbereichs eine Einspannkraft zwischen dem ersten Gehäuseelement und dem zweiten Gehäuseelement auf die Membran ausübbar ist. Insbesondere ist bevorzugt, dass das Anschlagelement auf einer bezüglich der ersten Symmetrieachse und/oder der zweiten Symmetrieachse radial äußeren Seite der Verdickung liegt und/oder das Einspannelement und/oder der erste Kontaktbereich auf einer bezüglich der ersten Symmetrieachse und/oder der zweiten Symmetrieachse radial inneren Seite der Verdickung liegt, wobei vorzugsweise die Vertiefung zumindest bereichsweise von dem Anschlagelement, dem ersten Kontaktbereich und/oder dem Einspannelement begrenzt ist.
Weiterhin schlägt die Erfindung vor, dass das Anschlagelement im wesentlichen parallel zu der zweiten Symmetrieachse verläuft und das Anschlagelement in dem ersten Kontaktbereich des ersten Gehäuseelements mit dem ersten Gehäuseelement bei einer Verbindung des ersten Gehäuseelements in Kontakt kommt, wobei der erste Kontaktbereich vorzugsweise von zumindest einer sich insbesondere außerhalb des Verbindungsbereichs bezüglich der ersten Symmetrieachse radial nach außen erstreckenden Erweiterung gebildet ist.
Auch ist besonders bevorzugt, dass der Verbindungsbereich einen Umfangsbereich, insbesondere einen Umfang bezüglich der ersten Symmetrieachse und/oder der zweiten Symmetrieachse, des ersten Gehäuseelements und/oder des zweiten Gehäuseelements nur teilweise abdeckt und/oder die Verbindungseinrichtung zumindest eine Umbördelung, zumindest ein Clipselement, zumindest ein Spannelement und/oder zumindest ein Klemmelement umfasst.
Bei der vorgenannten Ausführungsform ist besonders bevorzugt, dass die Umbördelung zumindest eine, vorzugsweise von dem zweiten Gehäuseelement umfasste, Bördellasche aufweist, wobei sich die Bördellasche zumindest bereichsweise parallel zu der ersten Symmetrieachse und/oder der zweiten Symmetrieachse erstreckt.
Weiterhin schlägt die Erfindung vor, dass eine Vielzahl von Anschlagelementen, Verbindungseinrichtungen, Verbindungsbereichen, ersten Kontaktbereichen und/oder Erweiterungen vorgesehen ist, wobei vorzugsweise zumindest eine Bördellasche, vorzugsweise ein Vielzahl von Bördellaschen, insbesondere alle Bördellaschen, der Verbindungseinrichtungen jeweils zumindest bereichsweise zwischen zwei Erweiterungen angeordnet ist bzw. sind.
Bei den beiden vorgenannten Ausführungsformen ist besonders bevorzugt, dass die Bördellasche zumindest bereichsweise eine zu der ersten Symmetrieachse und/oder der zweiten Symmetrieachse geneigt verlaufende Seitenfläche und/oder eine abgerundete Außenkante aufweist, insbesondere zur Ausbildung einer Einführhilfe und/oder Einführschräge für die Erweiterungen des ersten Gehäuseelements.
Weiterhin kann ein Aktuator dadurch gekennzeichnet sein, dass der Verbindungsbereich aller Verbindungseinrichtungen weniger als 50%, bevorzugter 50%> bis 40%>, noch mehr bevorzugt 40%) bis 35%o , noch bevorzugter 35% bis 30%> und am bevorzugtesten weniger als 30%> des Umfangs des ersten Gehäuseelements und/oder des zweiten Gehäuseelements in einer Ebene senkrecht zu der ersten Symmetrieachse und/oder der zweiten Symmetrieachse abdeckt, vorzugsweise das Verhältnis zwischen einer Erstreckung des Verbindungsbereichs, insbesondere der Bördellasche, und einer Erstreckung der Erweiterung in einer Ebene senkrecht zu der ersten Symmetrieachse und/oder der zweiten Symmetrieachse im wesentlichen 1 : 1, bevorzugter 1 : 1 bis 1 : 1.5, noch mehr bevorzugt 1 : 1.5 bis 1 : 1.6, noch bevorzugter 1 : 1.6 bis 1 : 1.7 und am bevorzugtesten weniger als 1 :2 beträgt.
Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Verbindung zumindest eines ersten Gehäuseelements und zumindest eines zweiten Gehäuseelements eines pneumatischen Aktuators unter zumindest bereichsweiser Einspannung zumindest einer Membran zwischen dem ersten Gehäuseelement und dem zweiten Gehäuseelement, umfassend das Anordnen der Membran in dem zweiten Gehäuseelement, das Aufsetzen des ersten Gehäuseelements auf dem zweite Gehäuseelement bis zur Entstehung eines Kontakts des ersten Gehäuseelements mit zumindest einem Bereich der Membran, das Bewegen des ersten Gehäuseelements in Richtung des zweiten Gehäuseelements und/oder der Membran unter Aufnahme einer Ist-Kraft- Weg-Kennlinie für die Bewegung bis zu einem Kontakt eines Anschlagelements des zweiten Gehäuseelements mit dem ersten Gehäuseelement und die Auswertung der Ist-Kraft- Weg-Kennlinie zur Detektierung einer vorbestimmten Lage der Membran bezüglich des ersten Gehäuseelements und/oder des zweiten Gehäuseelements.
Dabei ist besonders bevorzugt, dass das Bewegen des ersten Gehäuseelements mittels zumindest einer Niederhalteeinrichtung erfolgt. Auch wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass als Ist-Kraft- Weg-Kennlinie die für die Bewegung des ersten Gehäuseelements in Richtung des zweiten Gehäuseelements und/oder der Membran aufbringende Kraft in Abhängigkeit vom Weg dieser Bewegung aufgenommen wird.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann insbesondere dadurch gekennzeichnet sein, dass die Auswertung der Ist-Kraft- Weg-Kennlinie einen Vergleich der Ist-Kraft- Weg-Kennlinie mit zumindest einer Soll-Kraft- Weg-Kennlinie umfasst und/oder durch die Auswertung die Detektierung einer vorbestimmte Lage eines Bereichs der Membran, wie einer Verdickung, erreicht wird, insbesondere eine Detektierung durchgeführt wird, dass der Bereich der Membran zumindest teilweise außerhalb eines Sollbereichs, insbesondere einer, vorzugsweise zumindest bereichsweise durch das erste Gehäuseelement und/oder das zweite Gehäuseelement begrenzten, Vertiefung und/oder zwischen zumindest einem Einspannelement und/oder zumindest einem ersten Kontaktbereich einerseits und dem ersten Gehäuseelement und/oder dem zweiten Gehäuseelement andererseits angeordnet ist.
Bei der vorgenannten Ausführungsform ist besonders bevorzugt, dass durch die Auswertung, insbesondere zur Erkennung einer Abweichung der vorbestimmten Lage der Membran, erkannt wird, dass im Vergleich zur Soll-Rraft-Weg-Kennlinie bei einer geringeren Strecke der Bewegung und/oder zu einem früheren Zeitpunkt der Bewegung ein Kraftanstieg detektiert wird und/oder nach Beginn des Kraftanstiegs ein längerer Weg bis zu einem Kontakt des ersten Gehäuseelements mit dem Anschlagelement detektiert wird.
Schließlich wird für das erfindungsgemäße Verfahren vorgeschlagen, dass bei Detektierung der vorbestimmten Lage der Membran und/oder des Membranbereichs eine Verbindung des ersten Gehäuseelements mit dem zweiten Gehäuseelement mittels zumindest einer Verbindungseinrichtung hergestellt wird, vorzugsweise mittels Herstellung einer Umbördelung, insbesondere durch Verformen zumindest einer Bördellasche, vorzugsweise mittels zumindest einer Bördelvorrichtung, vorzugsweise zumindest eines, beispielsweise in axialer Richtung angreifenden, Bördelrings der Bördelvorrichtung, und/oder mittels zumindest einer Verstemmeinrichtung, beispielsweise mittels radial angreifender Schieber.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Verbindung zumindest eines ersten Gehäuseelements und zumindest eines zweiten Gehäuseelements eines, insbesondere erfindungsgemäßen, pneumatischen Aktuators unter zumindest bereichsweiser Einspannung zumindest einer Membran zwischen dem ersten Gehäuseelement und dem zweiten Gehäuseelement, insbesondere mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend zumindest eine Niederhalteeinrichtung zur Bewegung des ersten Gehäuseelements in Richtung des zweiten Gehäuseelements und/oder der Membran, zumindest eine Sensiereinrichtung zur Aufnahme zumindest einer Ist-Kraft- Weg-Kennlinie für die Bewegung bis zu einem Kontakt eines Anschlagelements des zweiten Gehäuseelements mit dem ersten Gehäuseelement und zumindest eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der Ist-Kraft- Weg-Kennlinie zur Detektierung einer vorbestimmten Lage der Membran bezüglich des ersten Gehäuseelements und/oder des zweiten Gehäuseelements.
Dabei ist besonders bevorzugt, dass die Vorrichtung ferner zumindest eine Verbindungsvorrichtung zur Verbindung des ersten Gehäuseelements mit dem zweiten Gehäuseelement, insbesondere mittels zumindest einer Verbindungseinrichtung, umfasst, vorzugsweise enthaltend zumindest eine, insbesondere zumindest einen Bördelring umfassende, Bördelvorrichtung und/oder zumindest eine Verstemmeinrichtung.
In den vorgenannten Ausführungsformen wird vorgeschlagen, dass die Niederhalteeinrichtung, die Bördelvorrichtung und/oder die Verstemmeinrichtung zumindest bereichsweise in einem ausgebildet sind, insbesondere zumindest eine gemeinsame Antriebseinrichtung, vorzugsweise zumindest eine pneumatisch und/oder elektromotorisch arbeitende Antriebseinrichtung, umfassen.
Schließlich kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Sensiereinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung zumindest bereichsweise von der Niederhalteeinrichtung, der Verbindungsvorrichtung, insbesondere der Bördelvorrichtung und/oder Verstemmeinrichtung, und/oder der Antriebseinrichtung umfasst ist bzw. sind.
Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass dadurch, dass in dem Aktuator selbst, insbesondere in einem zweiten Gehäuseelement, ein Anschlag bzw. Anschlagelement für ein erstes Gehäuseelement integral ausgebildet wird, wobei dieses Anschlagselement in einem Bereich des zweiten Gehäuseelements angeordnet ist, welcher außerhalb eines Bereichs liegt, in dem mittels einer Verbindungseinrichtung eine Verbindungskraft aufgebaut wird, eine definierte Membranverpressung zwischen dem ersten Gehäuseelement und dem zweiten Gehäuseelement erreicht werden kann. Gleichzeitig kann eine verlässliche Überwachung eines korrekten Sitzes der Membran bzw. eines Membranbereichs, wie einer Membranwulst, in dem Verbindungsbereich bzw. Einspannbereich während der Durchführung eines Verbindungsverfahrens erreicht werden und ferner können, aufgrund der Tatsache, dass der Verbindungsbereich nicht den gesamten Umfang des ersten Gehäuseelements bzw. des zweiten Gehäuseelements überdeckt, so dass eine geringere Verbindungskraft aufgebaut werden muss, bei Herstellung einer Verbindung durch eine Umbördelung Antriebseinrichtungen in Form von pneumatischen oder elektromotorischen Antriebseinrichtungen bzw. Pressen eingesetzt werden.
Durch Ausbildung eines mechanischen Anschlags zwischen dem ersten Gehäuseelement und dem zweiten Gehäuseelement wird ein definierter Abstand zwischen diesen beiden Gehäuseelementen sichergestellt, der wiederum die Verpressung der Membran bzw. eines Bereichs der Membran, wie einer Membranwulst, im Einspannverband bzw. Verbindungsverband definiert. Dadurch, dass das Anschlagelement außerhalb des Verbindungsbereichs, also außerhalb des Bereichs, in dem über die Verbindungseinrichtung direkt eine Verbindungskraft aufgebaut wird, angeordnet ist, wird eine Beeinträchtigung des Anschlagelements, insbesondere eine Verformung desselben, beispielsweise während des Aufbaus einer Kraft zur Erreichung einer Umbördelung, vermieden. Dadurch wird es ermöglicht, dass durch eine gezielte konstruktive Auslegung, insbesondere des Anschlagelements, eine definierte Membranverpressung erzielt wird, so dass diese Membranverpressung nicht durch den Verbindungsprozess, wie beispielsweise einen Umbördelungsprozess des Gehäuserandes, unvorsehbar bestimmt wird. Ferner wird durch die Verwendung des Anschlagelements ein direkter Kraftfluss zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseelement erreicht. Ein Kraftfluss ausschließlich durch die Membran wird vermieden.
Unter einem Anschlagelement im Sinne der Erfindung wird insbesondere also ein Element verstanden, mittels dem das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäuseelement in Kontakt stehen, wenn die Gehäuseelemente miteinander verbunden sind, so dass nach der Verbindung ein direkter Kraftschluss zwischen den Gehäuseelementen durch den direkten Kontakt dieser im Bereich des Anschlagelements erreicht wird. So ist insbesondere bei den aus dem Stand der Technik bekannten Aktuatoren, bei denen der Bördelverband den gesamten Umfang der Gehäuseelemente abdeckt, also der Verbindungsbereich über den gesamten Umfang der Gehäuseelemente verläuft, eine derartig definierte Membranverpressung nicht möglich und darüber hinaus der Aufbau sehr hoher Druckkräfte notwendig.
Dieser Aufbau des Aktuators ermöglicht es insbesondere, dass während eines Verbindungsprozesses in einem ersten Schritt in dem zweiten Gehäuseelement die Membran angeordnet wird und dann das erste Gehäuseelement so auf das zweite Gehäuseelement und die Membran aufgesetzt wird, dass das erste Gehäuseelement zumindest bereichsweise mit der Membran in Kontakt kommt. In einem nachfolgenden Schritt werden dann das erste und das zweite Gehäuseelement inklusive der Membran mit einer Kraft-Weg überwachten Niederhalteeinrichtung bis zu einem Festanschlag, dass heißt einem Kontakt des Anschlagelements des zweiten Gehäuseelements mit dem ersten Gehäuseelement, zusammengedrückt.
Durch die Verwendung eines Kraft-Weg überwachten Niederhaltesystems während dieser Bewegung des ersten Gehäuseelements in Richtung des zweiten Gehäuseelements für das Zusammenfügen des ersten Gehäuseelements, des zweiten Gehäuseelements und der Membran kann eine Abweichung der Lage der Membran, insbesondere eines Membranbereichs, wie eine Membranwulst, detektiert werden. Dazu wird insbesondere die Weg-Kennlinie ab dem Punkt, an dem die Membran erstmals mit dem ersten Gehäuseelement in Kontakt kommt, aufgenommen.
Um eine derartige niO-Lage der Membran bzw. der Membranwulst zu detektieren, wird die Kraft-Weg-Kennlinie der Niederhaltebewegung des ersten und zweiten Gehäuseelements aufgenommen und ausgewertet. Diese Auswertung erfolgt insbesondere durch einen Vergleich mit einer, insbesondere einer iO-Lage der Membran entsprechenden, Soll-Kennlinie. Ist die Membran bzw. der Membranbereich an zumindest einer Stelle außerhalb der vorbestimmten Lage angeordnet, beispielsweise wenn die Membran bzw. Membranwulst in eine radiale Richtung einer Symmetrieachse des ersten Gehäuseelements bzw. des zweiten Gehäuseelements verschoben ist, wird im Vergleich zu einer Sollkurve ab dem ersten Kontakt zwischen Membran und erstem Gehäuseelement ein frühzeitiger, aber langsamerer Kraftanstieg aufgezeichnet, da entsprechende Elemente des ersten Gehäuseelements, wie ein Einspannelement, zwar früher mit der Membran in Kontakt kommen und so im Vergleich zu einer Verpressung bei einer korrekten Positionierung der Membran, die als die iO-Lage bezeichnet wird, nach einer kürzeren Wegstrecke während des Bewegungsprozesses zwischen dem ersten Gehäuseelement und dem zweiten Gehäuseelement die Membran verpresst wird. Diese niO-Lage kann insbesondere auch dadurch detektiert werden, dass sich ein Gesamtweg bzw. eine Gesamtstrecke bis zu einem Kontakt zwischen dem Anschlagelement und dem ersten Gehäuseelement vergrößert.
Daraus resultieren unterschiedliche Kraft- Weg- Steigungen zwischen der der niO-Lage entsprechenden Ist-Kraft- Weg-Kennlinie und der der iO-Lage entsprechenden Soll-Kraft- Weg- Kennlinie zu Beginn des Niederhaltevorganges und eine längere Strecke bis zu einem mechanischen Anschlag zwischen dem Anschlagelement und dem ersten Gehäuseelement. Nach Erreichen des Kontakts zwischen Anschlagelement und erstem Gehäuseelement steigt die Kraft- Weg-Kennlinie mit einer vorbestimmten Steigung an, so dass dieser Kontakt eindeutig in der Kraft- Weg-Kennlinie erkennbar ist.
Ergibt diese Auswertung der Kraft-Weg-Kennlinie, dass eine iO-Lage der Membran bzw. des Membranbereichs vorliegt, kann in einem weiteren Schritt eine Verbindung des ersten und zweiten Gehäuseelements durchgeführt werden. Wird eine niO-Lage erkannt, kann die Niederhalteeinrichtung zurückgefahren werden, das erste Gehäuseelement abgehoben und die Lage der Membran korrigiert werden. So wird der Produktionsausschuss deutlich reduziert, da, wenn überhaupt, lediglich die Membran ausgetauscht werden muss.
Aufgrund der Tatsache, dass die Verbindungskraft nicht im Bereich des Anschlagelements aufgebaut wird, da das Anschlagelement außerhalb des Verbindungsbereichs angeordnet ist, wird eine Veränderung der Lage der Membran bzw. eines Abstandes zwischen dem ersten Gehäuseelement und dem zweiten Gehäuseelement nach Erreichen der Niederhalteposition vermieden und so die definierte Lage der Membran, des ersten Gehäuseelements und des zweiten Gehäuseelements relativ zueinander sichergestellt.
Dadurch, dass der Bereich, in dem das Anschlagelement angeordnet ist, als Verbindungsbereich ausgespart wird, müssen ferner lediglich geringere Verbindungskräfte aufgebaut werden. Insbesondere in dem Fall, in dem die Verbindung durch eine Umbördelung erreicht wird, ist damit der zu verformende Bereich des zweiten Gehäuseelements geringer, so dass für eine derartige Umbördelung anstelle von sehr starken und damit kostenintensiven Pressen, zum Beispiel hydraulischen Pressen, auch kostengünstigere, insbesondere pneumatische oder elektromotorische, Pressen eingesetzt werden können.
Für die Vorrichtung zur Verbindung der Gehäuseelemente des Aktuators ist es besonders bevorzugt, dass sowohl die Niederhalteeinrichtung als auch die Verbindungsvorrichtung mittels ein- und derselben Antriebseinrichtung, wie einer pneumatischen Antriebseinrichtung oder einer elektromotorischen Antriebseinrichtung, angetrieben werden. Dies bietet den Vorteil, dass zur Aufnahme der Kraft- Weg-Kennlinie in solchen pneumatischen bzw. elektromotorischen Pressen oft bereits vorhandene Sensoren bzw. Positionsdetektoren eingesetzt werden können.
Nach Abschluss der Verbindung der Gehäuseelemente kann dann der Niederhalteprozess beendet werden und der Aktuator entnommen werden. Die Überprüfung des Sitz der Membran erfolgt also während des Herstellungsprozesses, so dass die Taktzeiten im Vergleich zu zusätzlichen Qualitätsüberprüfungsschritten erhöht werden können.
Insbesondere bei einer Verbindung der Gehäuseelement mittels einer Umbördelung ist es vorteilhaft, wenn das zweite Gehäuseelement ein„kronenartiges" Profil des Außenumfangs aufweist. Dies ermöglicht es, dass die Vertiefungen in dem Kronenprofil entsprechende Anschlagelemente bilden, während die Spitzen des Kronenprofils die Bördellaschen bilden.
In dem Vertiefungsbereich des Kronenprofils können dann an dem Außenumfang des ersten Gehäuseelements ausgebildete Erweiterungen aufgenommen werden, um bei dem Niederhalten des ersten Gehäuseelements die definierte Lage zwischen dem ersten Gehäuseelement und dem zweiten Gehäuseelement zu erreichen, insbesondere einen Kontakt zwischen dem ersten Gehäuseelement und dem Anschlagelement herzustellen. Die Bördellaschen, die in dem Bereich zwischen den Erweiterungen am Umfang des ersten Gehäuseelements angeordnet sind, können dann zur Erreichung der Umbördelung umgelegt werden, insbesondere um einen sich radial nach außen erstreckenden Randbereich des ersten Gehäuseelements umgelegt werden.
Da durch dieses Kronenprofil ausschließlich das Umlegen einzelner Bördellaschen und nicht des gesamten Randes des zweiten Gehäuseelements notwendig ist, kann die benötige Bördelkraft reduziert werden, was den Einsatz von pneumatischen Pressen bzw. elektromotorischen Pressen für den Bördelprozess ermöglicht.
Das Verhältnis der Breite der Kronenspitzen zur Breite der Anschlagelemente ist vorzugsweise geringer als 1 : 1, um eine größtmögliche Reduzierung der für die Verformung bzw. Umbördelung notwendigen Kraft zu erreichen. Durch die Ausbildung dieses Kronenprofils wird außerdem erreicht, dass das Anschlagelement an einen Umfangsrand des zweiten Gehäuseelements angeordnet ist, wodurch der Einfluss des Aufbaus der Verbindungskraft, insbesondere während einer Umbördelung, auf das Anschlagelement reduziert wird, insbesondere im Vergleich zu einem radial weiter nach innen in dem Gehäuseelement angeordneten Anschlagelement.
Auch wird durch diese Anordnung des Anschlagelements der für die Verbindung notwendige Bauraum reduziert. So ist bei einer radial inneren Anordnung ein größerer Halteberich vorzusehen.
Also wird durch diese Anordnung des Anschlagelement am radialen Umfangsrand erreicht, dass ein geringerer Bauraumbedarf, verglichen mit alternativen mechanischen Anschlagslösungen, vorliegt.
Wie erwähnt, liegt der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Aktuators, des Verfahrens und der Vorrichtung unter anderem darin, dass die Gefahr, dass die Membran bzw. ein Membranbereich, wie eine Membranwulst, nicht korrekt in einem Einspannbereich verpresst ist und dadurch während des Betriebes der Steuerdose herausrutschen kann, minimiert ist. Insbesondere kann zur Kontrolle auf aufwendige Abfragen eines korrekten Sitzes der Membran, beispielsweise durch eine Einzelteilprüfung, verzichtet werden. Dies ermöglicht es, dass das bisher bekannte Verbindungsverfahren mit einem vorgeschalteten Vorverstämmen und diversen Abfragen und Prüfungen der Einzelbauteile in einen vollautomatischen Prozess überführt werden kann. Hierbei ist hervorzuheben, dass derartige aus dem Stand der Technik bekannte Verstemmschritte, Abfragen und Prüfungen keine 100%ige Sicherheit bieten. Sie liefern nur Indizien, dass eine niO-Lage vorliegen könnte und es können nicht alle niO-Lagen erkannt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht hingegen eine 100%ige Ernennung der niO-Lagen. Darüber hinaus kann ein Federeinbauraum einer Feder des Aktuators und ein Gesamthub des Aktuators bereits in der Konstruktionsphase besser definiert werden, da die genauere Verpressung der Membran bekannt ist. Dadurch kann eine bessere Federauslegung und somit eine verbesserte Kennlinienberechnung ermöglicht werden. Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Einzelteile, insbesondere das erste Gehäuseelement, das zweite Gehäuseelement und die Membran, können schließlich im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Aktuatoren, abgesehen von der Ausbildung der Anschlagelemente und Anpassung der Werkzeuge, ohne wesentliche konstruktive Anpassung verwendet werden.
Der Aktuator kann als Unterdruck- oder Überdruckaktuator ausgebildet sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen beispielhaft erläutert sind.
Dabei zeigt:
Figur la bis ld Ansichten eines aus dem Stand der Technik bekannten Aktuators,
Figur 2 eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Aktuator;
Figur 3 eine Detailansicht des Aktuators der Figur 2 gemäß dem Ausschnitt B;
Figur 4 eine Querschnittsansicht des Ausschnitts C der Figur 2; und
Figur 5 eine Kraftwegdiagramm, in dem entsprechende Soll- und
Ist-Kraft- Weg-Kennlinien eingezeichnet sind.
In Figur 2 ist ein erfindungsgemäßer Aktuator 101 bzw. Steuerdose, der ein erstes Gehäuseelement in Form eines Deckels 103 und ein zweites Gehäuseelement in Form eines Gehäuses 107 umfasst, dargestellt. Das erste Gehäuseelement 103 weist eine Symmetrieachse Si und das zweite Gehäuseelement 107 weist eine zweite Symmetrieachse S2 auf. Sowohl der Deckel 103 als auch das Gehäuse 107 sind rotationssymmetrisch zu der Symmetrieachse Si bzw. Symmetrieachse S2 ausgebildet. Der Deckel 103 und das Gehäuse 107 sind über eine Verbindungseinrichtung in Form einer Umbördelung 105 miteinander verbunden. In Figur 3 ist eine Detailansicht der Umbördelung 105 gemäß dem Ausschnitt B in Figur 2 dargestellt. Wie in Figur 3 zu entnehmen ist, sind im Bereich der Umbördelung 105 am zweiten Gehäuseelement 107 Anschlagelemente 1 11 ausgebildet. Die Anschlagelemente 111 sind durch Vertiefungen in einem Kronenprofil gebildet, wobei durch die Spitzen des Kronenprofils Bördellaschen 113 gebildet werden. Zwischen den einzelnen Bördellaschen 113 sind mit den Anschlagelementen 111 in direktem Kontakt stehende Erweiterungen 115 des ersten Gehäuseelements 103 angeordnet. Nach einer erfolgten Verbindung des ersten Gehäuseelements 103 mit dem zweiten Gehäuseelement 107 mittels der durch die Umbördelung, insbesondere die Bördellaschen 113, gebildeten Verbindungseinrichtung existiert ein mechanischer Kontakt zwischen den Erweiterungen 115 und den Anschlagelementen 111. Wie Figur 3 insbesondere zu entnehmen ist, sind die Anschlagelemente 111 außerhalb eine Verbindungsbereiches 114 angeordnet, dass heißt außerhalb eines Bereiches, in dem eine Verbindungskraft zwischen dem ersten Gehäuseelement 103 und dem zweiten Gehäuseelement 107 durch die Bördellaschen 113, insbesondere eine Verformung derselben, aufgebaut wird. Dadurch wird sichergestellt, dass ein definierter Abstand zwischen dem ersten Gehäuseelement 103 und dem zweiten Gehäuseelement 107 eingestellt wird, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben ist.
Wie Figur 3 weiter zu entnehmen ist, erstrecken sich die Erweiterungen 115 in eine radiale Richtung bezüglich der Symmetrieachse Si bzw. Symmetrieachse S2 während die Bördellaschen 113 sich entlang einer axialen Richtung der Symmetrieachse Si und S2, insbesondere vor einer Umbördelung, erstrecken.
Figur 3 ist ferner zu entnehmen, dass die Anschlagelemente 111 bzw. die Erweiterungen 115 eine Breite bi aufweisen, während die Bördellaschen 113 eine Breite b2 aufweisen. Bevorzugt ist das Verhältnis b2:bi kleiner als 1 : 1, besonders bevorzugt 1 :2. So kann die Breite bi beispielsweise 10 mm betragen, während die Breite b2 5 mm beträgt, wenn der Aktuator 101 beispielsweise einen Durchmesser von 100 mm aufweist. Dieses Verhältnis bietet den Vorteil, dass vergleichsweise geringe Kräfte für eine Verformung der Bördellaschen 113 während einer Umbördelung aufgebaut werden müssen, jedoch gleichzeitig die Bördellaschen 113 eine ausreichende Stabilität aufweisen, um durch ungewollte externe Einflüsse nicht verformt zu werden. Vorstellbar ist auch, dass die Breite b2 auf 2 bis 3mm reduziert wird und die Breite bi auf 17 bis 18 mm erhöht wird. In Figur 4 ist eine Querschnittsansicht des Ausschnitts C der Figur 2 aus Richtung R der Figur 3 dargestellt. Wie Figur 4 zu entnehmen ist, ist zwischen dem Gehäuseelement 103 und dem Gehäuseelement 107 eine Membran 109 eingespannt. In durchgezogenen Linien ist in Figur 4 der Aktuator 101 in einem Zustand dargestellt, in dem die Membranen 109 in das Gehäuse 107 eingelegt wurde und das Gehäuseelement 103 von der in gestrichelten Linien in Figur 4 dargestellten Position mittels einer nicht dargestellten Niederhalteeinrichtung in Richtung des Gehäuses 107 bzw. der Membran 109 in die in durchgezogenen Linien in Figur 4 dargestellte Position bewegt wurde, bis die Erweiterung 115 auf dem Anschlagelement 111 aufliegt.
Damit wurde die Membran 109 zwischen dem Deckel 103 und dem Gehäuse 107 eingespannt, insbesondere zwischen dem Gehäuse 107 und einem Einspannelement 117, welches an dem Deckel 103 ausgebildet ist.
Darüber hinaus ist die Membran 109 in einem Membranbereich in Form einer Membranwulst 119 zwischen dem Deckel 103 und dem Gehäuse 107 eingespannt, genauer in einem Bereich einer Vertiefung 121, die in Form eines Hinterschnitts in dem Deckel 103 ausgebildet ist und von dem Einspannelement 117 und dem Anschlagelement 111 begrenzt ist.
Wie Figur 4 ferner zu entnehmen ist, ist durch das Anschlagelement 111 in dieser Position des Deckels 103 und des Gehäuses 107 die Lage und die Geometrie der Vertiefung 121 genau festgelegt bzw. definiert und gleichzeitig auch der Abstand des Deckels 103 zum Gehäuse 107 im Bereich des Einspannelementes 117 definiert. Aufgrund dieser definierten Geometrie im Einspannbereich der Membranen 109 bzw. der Membranwulst 119 kann durch das Niederhalten des Deckels 103 eine vordefinierte Membranspannung bzw. Membranverpressung eingestellt werden.
Figur 4 zeigt darüber hinaus, dass das Anschlagelement 111 außerhalb des Bereichs angeordnet, in dem die Bördellaschen 113 angeordnet sind, so dass durch das Umlegen der Bördellasche 113 im wesentlichen keine Veränderung der Geometrie im Bereich der Membran 109 bzw. Membranwulst 119 im Bereich des Anschlagelements 111 erfolgt. Insbesondere dadurch, dass die Verbindungskraft nicht im Bereich des Anschlagelements 111 aufgebaut wird, wird eine Relativbewegung zwischen dem Anschlagelement 111 und der Erweiterung 115 als auch eine Verformung des Anschlagelements 111 und der Erweiterung 115 vermieden. Somit wird eine definierte Membranverpessung erreicht.
Darüber hinaus ermöglicht es auch dieser Aufbau des Aktuators 101 bzw. das erfindungsgemäße Verfahren, dass eine Fehlpositionierung der Membranen 109, insbesondere der Membranwulst 119, erkannt werden kann. Dies wird dadurch ermöglicht, dass eine Kraft- Weg-Kennlinie während der Niederhaltebewegung aufgenommen wird.
Vor Erreichen der in Figur 4 dargestellten Position zwischen dem Deckel 103 und dem Gehäuse 107 wurde die Membran 109 in das Gehäuse 107 eingesetzt und anschließend der Deckel 103 derartig aufgesetzt, dass ein Kontakt zwischen dem Deckel 103 und dem Membranenwulst 119 besteht, wie durch die strichpunktierten Linien in Figur 4 angedeutet. In dieser Position besteht ebenfalls ein Abstand d zwischen dem Anschlagelement 111 und der Erweiterung 115.
Durch eine Niederhaltebewegung wird dann der Deckel 103 in Richtung des Gehäuses 107 bewegt, insbesondere so, dass eine Verpressung der Membranwulst 1 19 im Bereich zwischen dem Gehäuse 107 und der Erweiterung 115, also der Vertiefung 121, entsteht.
Diese Bewegung wird durch das Erreichen eines Kontakts zwischen dem Anschlagelement 111 und der Erweiterung 115 begrenzt.
In Figur 5 ist ein Kraft- Weg-Diagramm für diese Niederhaltebewegung dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 200 ist eine Soll-Kraft- Weg-Kennlinie bezeichnet. Befindet sich die Membran 109 bzw. die Membranwulst 119 in einer gewünschten Position bzw. einer vorbestimmten, als iO-Lage bezeichneten Lage, verläuft die Kraft-Weg-Kennlinie für die Niederhaltebewegung entlang einer Ist-Kennlinie 202, die im wesentlichen der Soll-Kennlinie 200, die gerade eine iO- Lage beschreibt, entspricht. Liegt jedoch eine Verschiebung der Membranen 109, insbesondere der Membranenwulst 119, vor, beispielsweise in eine Richtung nach rechts in Figur 4, so folgt die Bewegung der Ist-Rraft-Weg-Kennlinie 204, die eine beispielhafte niO-Lage beschreibt. Innerhalb einer Prüfreihe können sich die Absolutwerte ändern, jedoch bleibt das Verhältnis der unterschiedlichen Verläufe der Kraft- Weg-Kennlinie erhalten. Damit lässt sich aus den Verhältnissen die niO-Lage von der iO-Lage unterscheiden, auch bei unterschiedlichen Prüfreihen, also Prüfreihen von Aktuatoren mit unterschiedlichen Geometrien. Wie sich aus einem Vergleich der Ist-Kennlinie bzw. niO-Membranlagen-Kennlinie 204 mit der Soll-Kennlinie bzw. niO-Membranlagen-Kennlinie 200 ergibt, wird zunächst ein größerer Weg zurückgelegt, bis es zu einem Kontakt zwischen dem Anschlagelement 111 und der Erweiterung 115 kommt. Dieser Kontakt zeigt sich durch den Anstieg 206 der Ist-Kennlinie 204. Der Anstieg 206 beschreibt gerade den Verlauf der Kraft- Weg-Kennlinie nach Anfahren des Anschlags.
So verlängert sich insbesondere der Weg, wenn die Wulst 119 im Bereich zwischen dem Gehäuse 107 und dem Einspannelement 117 angeordnet ist. Ist die Membranwulst 1 19 also an einer Stelle außerhalb des Einspannbereichs 121 angeordnet, so wird ein frühzeitiger Kraftanstieg aufgezeichnet, da der Membranwulst 119, überhaupt bzw. einige Milimeter früher von dem Einspannelement 117 eingequetscht wird als es unter korrekten Positionsbedingungen der Membran 109 mit der Vertiefung 121 der Fall wäre. Darüber hinaus ist ein größerer Weg bis zu einem Kontakt zwischen dem Anschlagelement 111 und der Erweiterung 115 zurückzulegen.
Somit ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, den erfindungsgemäßen Aktuator als auch die erfindungsgemäße Vorrichtung, dass in einem Aktuator eine definierte Membranverpressung zwischen zwei Gehäuseelementen erreicht werden kann und eine verlässliche Überwachung eines korrekten Sitzes der Membran, insbesondere einer Membranwulst, in einem Einspannbereich während eines Montageprozesses erreicht werden kann.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen und in den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination wesentlich für die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen sein.
Bezugszeichenliste
I Aktuator
3 Deckel
5 Umbördelung
7 Gehäuse
9 Membran
I I Bördelring
13 Bördellasche
15 Bördelmatritze
17 Endanschlag
19 Wulst
101 Aktuator
103 Deckel
105 Umbördelung
107 Gehäuse
109 Membran
I I I Anschlagelement
113 Bördellasche
1 14 Verbindungsbereich
115 Erweiterung
1 16 Seitenfläche
117 Einspannelement
119 Membranwulst
121 Vertiefung
200 Soll-Kennlinie
202 Ist-Kennlinie
204 Ist-Kennlinie 206 Anstieg
Si, S2 Symmetrieachse A, B, C Ausschnitt d Abstand R Richtung bi, b2 Breite

Claims

Ansprüche
Pneumatischer Aktuator (101), umfassend zumindest ein erstes Gehäuseelement (103) und zumindest ein mit dem ersten Gehäuseelement (103) mittels zumindest einer
Verbindungseinrichtung (113) verbindbares zweites Gehäuseelement (107), wobei mittels der Verbindungseinrichtung (113) in zumindest einem Verbindungsbereich (114) eine Verbindungskraft zwischen dem ersten Gehäuseelement (103) und dem zweiten
Gehäuseelement (107) aufbaubar ist, zwischen dem ersten Gehäuseelement (103) und dem zweiten Gehäuseelement (107) zumindest eine Membran (109, 119) zumindest bereichsweise einspannbar ist und das zweite Gehäuseelement (107) zumindest ein Anschlagelement (111) umfasst, welches eine Bewegung des ersten Gehäuseelements (103) in Richtung der Membran (109) und des zweiten Gehäuseelements (107) begrenzt und welches bei Verbindung des ersten Gehäuseelements (103) mit dem zweiten
Gehäuseelement (107) in direkten Kontakt mit dem ersten Gehäuseelement (103) gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass
das Anschlagelement (11 1) zumindest bereichsweise außerhalb des
Verbindungsbereiches (114) angeordnet ist.
Aktuator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
das Anschlagelement (11 1) nach Verbindung des ersten Gehäuseelements (103) mit dem zweiten Gehäuseelement (107) in direktem Kontakt mit dem ersten Gehäuseelement (103) steht und/oder durch das Anschlagelement (111) im verbundenem Zustand des ersten Gehäuseelements (103) mit dem zweiten Gehäuseelement (107) ein direkter Kraftschluss zwischen dem ersten Gehäuseelement (103) und dem zweiten Gehäuseelement (107) bereitgestellt ist.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Gehäuseelement ein Gehäuse des Aktuators und das zweite Gehäuseelement einen Deckel des Aktuators umfasst oder das erste Gehäuseelement einen Deckel (103) des Aktuators (101) und das zweite Gehäuseelement ein Gehäuse (107) des Aktuators (101) umfasst, wobei insbesondere der Deckel (103) zumindest bereichsweise einen Steuerraum des Aktuators und/oder das Gehäuse (107) zumindest bereichsweise einen Antriebsraum des Aktuators begrenzt und/oder innerhalb des Deckels (103) zumindest eine Antriebsvorrichtung, zumindest eine Positionserfassungseinrichtung und/oder zumindest ein Rückstellelement, wie eine Feder, angeordnet ist bzw. sind.
4. Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran (109) zumindest bereichsweise in einem Randbereich eine Verdickung (119) aufweist, wobei die Verdickung (119) in zumindest einer Vertiefung (121) des ersten Gehäuseelements (103) und/oder des zweiten Gehäuseelements (107) anordbar ist, insbesondere nach Verbindung des ersten Gehäuseelements (103) und des zweiten Gehäuseelements (107) in der Vertiefung (121) angeordnet ist und/oder die Vertiefung (121) zumindest bereichsweise in Form eines Hinterschnitts in dem ersten
Gehäuseelement (103) und/oder dem zweiten Gehäuseelement (107) ausgebildet ist.
5. Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Gehäuseelement (103) zumindest eine erste Symmetrieachse (Sl) aufweist und das zweite Gehäuseelement (107) zumindest eine zweite Symmetrieachse (S2) aufweist, wobei vorzugsweise eine von der Membran (109) aufgespannte Membranfläche im wesentlichen senkrecht zu der ersten Symmetrieachse (Sl) und/oder der zweiten
Symmetrieachse (S2) verläuft und/oder bei einer Verbindung des ersten Gehäuseelements (103) mit dem zweiten Gehäuseelement (107) die erste Symmetrieachse (Sl) parallel zu der zweiten Symmetrieachse (S2) verläuft und/oder mit der zweiten Symmetrieachse (S2) zusammenfällt.
6. Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Gehäuseelement (103) und/oder das zweite Gehäuseelement (107) zumindest ein Einspannelement (117) und/oder zumindest einen ersten Kontaktbereich (115) umfasst, wobei mittels des Einspannelements (117) und/oder des ersten Kontaktbereichs (115) eine Einspannkraft zwischen dem ersten Gehäuseelement (103) und dem zweiten Gehäuseelement (107) auf die Membran (109) ausübbar ist.
7. Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (111) auf einer bezüglich der ersten Symmetrieachse (Sl) und/oder der zweiten Symmetrieachse (S2) radial äußeren Seite der Verdickung (119) liegt und/oder das Einspannelement (117) und/oder der erste Kontaktbereich (115) auf einer bezüglich der ersten Symmetrieachse (Sl) und/oder der zweiten Symmetrieachse (S2) radial inneren Seite der Verdickung (119) liegt, wobei vorzugsweise die Vertiefung (121) zumindest bereichsweise von dem Anschlagelement (111), dem ersten Kontaktbereich (115) und/oder dem Einspannelement (117) begrenzt ist.
8. Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Anschlagelement (111) im wesentlichen parallel zu der zweiten Symmetrieachse (S2) verläuft und das Anschlagelement (111) in dem ersten Kontaktbereich (115) des ersten Gehäuseelements (103) mit dem ersten Gehäuseelement (103) bei einer Verbindung des ersten Gehäuseelements (103) in Kontakt kommt, wobei der erste Kontaktbereich vorzugsweise von zumindest einer sich insbesondere außerhalb des Verbindungsbereichs (114) bezüglich der ersten Symmetrieachse (Sl) radial nach außen erstreckenden
Erweiterung (115) gebildet ist.
9. Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (114) einen Umfangsbereich, insbesondere einen Umfang bezüglich der ersten Symmetrieachse (Sl) und/oder der zweiten Symmetrieachse (S2), des ersten Gehäuseelements (103) und/oder des zweiten Gehäuseelements (107) nur teilweise abdeckt und/oder die Verbindungseinrichtung zumindest eine Umbördelung (113), zumindest ein Clipselement, zumindest ein Spannelement und/oder zumindest ein Klemmelement umfasst.
10. Aktuator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die Umbördelung zumindest eine, vorzugsweise von dem zweiten Gehäuseelement (107) umfasste, Bördellasche (113) aufweist, wobei sich die Bördellasche (113) zumindest bereichsweise parallel zu der ersten Symmetrieachse (Sl) und/oder der zweiten
Symmetrieachse (S2) erstreckt.
11. Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Vielzahl von Anschlagelementen (111), Verbindungseinrichtungen (113),
Verbindungsbereichen (114), ersten Kontaktbereichen und/oder Erweiterungen (115) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise zumindest eine Bördellasche (113), vorzugsweise ein Vielzahl von Bördellaschen (113), insbesondere alle Bördellaschen (113), der
Verbindungseinrichtungen jeweils zumindest bereichsweise zwischen zwei
Erweiterungen (115) angeordnet ist bzw. sind.
12. Aktuator nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
die Bördellasche (113) zumindest bereichsweise eine zu der ersten Symmetrieachse (Sl) und/oder der zweiten Symmetrieachse (S2) geneigt verlaufende Seitenfläche (116) und/oder eine abgerundete Außenkante aufweist, insbesondere zur Ausbildung einer Einführhilfe und/oder Einführschräge für die Erweiterungen (115) des ersten
Gehäuseelements (103).
13. Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Verbindungsbereich (114) aller Verbindungseinrichtungen weniger als 50%, bevorzugter 50% bis 40%>, noch mehr bevorzugt 40%> bis 35% , noch bevorzugter 35% bis 30%) und am bevorzugtesten weniger als 30%> des Umfangs des ersten
Gehäuseelements (103) und/oder des zweiten Gehäuseelements (107) in einer Ebene senkrecht zu der ersten Symmetrieachse (Sl) und/oder der zweiten Symmetrieachse (S2) abdeckt, vorzugsweise das Verhältnis zwischen einer Erstreckung des
Verbindungsbereichs (b2), insbesondere der Bördellasche (113), und einer Erstreckung (bl) der Erweiterung (115) in einer Ebene senkrecht zu der ersten Symmetrieachse (Sl) und/oder der zweiten Symmetrieachse (S2) im wesentlichen 1 : 1, bevorzugter 1 : 1 bis
1 : 1.5, noch mehr bevorzugt 1 : 1.5 bis 1 : 1.6, noch bevorzugter 1 : 1.6 bis 1 : 1.7 und am bevorzugtesten weniger als 1 :2 beträgt.
14. Verfahren zur Verbindung zumindest eines ersten Gehäuseelements (103) und zumindest eines zweiten Gehäuseelements (107) eines pneumatischen Aktuators (101), insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, unter zumindest bereichsweiser Einspannung zumindest einer Membran (109) zwischen dem ersten Gehäuseelement (103) und dem zweiten Gehäuseelement (107), umfassend das Anordnen der Membran (109) in dem zweiten Gehäuseelement (107), das Aufsetzen des ersten Gehäuseelements (103) auf dem zweite Gehäuseelement (107) bis zur Entstehung eines Kontakts des ersten
Gehäuseelements (103) mit zumindest einem Bereich der Membran (109), das Bewegen des ersten Gehäuseelements (103) in Richtung des zweiten Gehäuseelements (107) und/oder der Membran (109) unter Aufnahme einer Ist-Kraft- Weg-Kennlinie (202, 204) für die Bewegung bis zu einem Kontakt eines Anschlagelements (1 11) des zweiten Gehäuseelements (107) mit dem ersten Gehäuseelement (103) und die Auswertung der Ist-Kraft- Weg-Kennlinie (202, 204) zur Detektierung einer vorbestimmten Lage der Membran (109) bezüglich des ersten Gehäuseelements (103) und/oder des zweiten Gehäuseelements (107).
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass
das Bewegen des ersten Gehäuseelements (103) mittels zumindest einer
Niederhalteeinrichtung erfolgt.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass
als Ist-Kraft- Weg-Kennlinie (202, 204) die für die Bewegung des ersten
Gehäuseelements (103) in Richtung des zweiten Gehäuseelements (107) und/oder der Membran (109) aufbringende Kraft in Abhängigkeit vom Weg dieser Bewegung aufgenommen wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswertung der Ist-Kraft- Weg-Kennlinie (202, 204) einen Vergleich der Ist-Rraft- Weg-Kennlinie (202, 204) mit zumindest einer Soll-Rraft-Weg-Kennlinie (200) umfasst und/oder durch die Auswertung die Detektierung einer vorbestimmte Lage eines Bereichs der Membran (109), wie einer Verdickung (119), erreicht wird, insbesondere eine Detektierung durchgeführt wird, dass der Bereich (119) der Membran (109) zumindest teilweise außerhalb eines Sollbereichs, insbesondere einer, vorzugsweise zumindest bereichsweise durch das erste Gehäuseelement (103) und/oder das zweite
Gehäuseelement (107) begrenzten, Vertiefung (121) und/oder zwischen zumindest einem Einspannelement (117) und/oder zumindest einem ersten Kontaktbereich (115) einerseits und dem ersten Gehäuseelement (103) und/oder dem zweiten Gehäuseelement (107) andererseits angeordnet ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass
durch die Auswertung, insbesondere zur Erkennung einer Abweichung der
vorbestimmten Lage der Membran (109), erkannt wird, dass im Vergleich zur Soll-Kraft- Weg-Kennlinie (200) bei einer geringeren Strecke der Bewegung und/oder zu einem früheren Zeitpunkt der Bewegung ein Kraftanstieg detektiert wird und/oder nach Beginn des Kraftanstiegs ein längerer Weg bis zu einem Kontakt des ersten Gehäuseelements (103) mit dem Anschlagelement (111) detektiert wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass
bei Detektierung der vorbestimmten Lage der Membran (109) und/oder des
Membranbereichs (119) eine Verbindung des ersten Gehäuseelements (103) mit dem zweiten Gehäuseelement (107) mittels zumindest einer Verbindungseinrichtung (113) hergestellt wird, vorzugsweise mittels Herstellung einer Umbördelung, insbesondere durch Verformen zumindest einer Bördellasche (113), vorzugsweise mittels zumindest einer Bördelvorrichtung, vorzugsweise zumindest eines, beispielsweise in axialer
Richtung angreifenden, Bördelrings der Bördelvorrichtung und/oder mittels zumindest einer Verstemmeinrichtung, beispielsweise mittels radial angreifender Schieber.
20. Vorrichtung zur Verbindung zumindest eines ersten Gehäuseelements (103) und
zumindest eines zweiten Gehäuseelements (107) eines pneumatischen Aktuators (101), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, unter zumindest bereichsweiser
Einspannung zumindest einer Membran (109) zwischen dem ersten Gehäuseelement (103) und dem zweiten Gehäuseelement (107), insbesondere mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 14 bis 19, umfassend zumindest eine Niederhalteeinrichtung zur Bewegung des ersten Gehäuseelements (103) in Richtung des zweiten Gehäuseelements (107) und/oder der Membran (109), zumindest eine Sensiereinrichtung zur Aufnahme zumindest einer Ist-Kraft- Weg-Kennlinie (202, 204) für die Bewegung bis zu einem Kontakt eines Anschlagelements (11 1) des zweiten Gehäuseelements (107) mit dem ersten Gehäuseelement (103) und zumindest eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der Ist-Kraft- Weg-Kennlinie (202, 204) zur Detektierung einer vorbestimmten Lage der Membran (109) bezüglich des ersten Gehäuseelements (103) und/oder des zweiten Gehäuseelements (107).
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung ferner zumindest eine Verbindungsvorrichtung zur Verbindung des ersten Gehäuseelements (103) mit dem zweiten Gehäuseelement(107), insbesondere mittels zumindest einer Verbindungseinrichtung, umfasst, vorzugsweise enthaltend zumindest eine, insbesondere zumindest einen Bördelring umfassende, Bördelvorrichtung und/oder zumindest eine Verstemmeinrichtung.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass
die Niederhalteeinrichtung, die Bördelvorrichtung und/oder die Verstemmeinrichtung zumindest bereichsweise in einem ausgebildet sind, insbesondere zumindest eine gemeinsame Antriebseinrichtung, vorzugsweise zumindest eine pneumatisch und/oder elektromotorisch arbeitende Antriebseinrichtung, umfassen.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensiereinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung zumindest bereichsweise von der Niederhalteeinrichtung, der Verbindungsvorrichtung, insbesondere der
Bördelvorrichtung und/oder Verstemmeinrichtung, und/oder der Antriebseinrichtung umfasst ist bzw. sind.
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