DE2058688C3 - Mehrstufiger Membranantrieb zur Steuerung eines Stellglieds, insbesondere eines Ventils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Membranantrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einem bekannten mehrstufigen Membranantrieb (DE-OS 19 20 990) sind an den sich in einer Kammer gegenüberliegenden Membranträgerscheiben mehr oder weniger mehrteilige, eine gewisse relative Bewegungsweite zwischen den Membranen gestattende Verbindungseinrichtungen vorgesehen, die bezüglich der Membranträgerscheibe oder relativ zueinander schwenkbare bzw. drehbare Teile enthalten, wobei die Verbindungseinrichtungen an den, aus dem Blech der Membranträgencheiben geschnittenen und in die Kammern hochgebogenen Teile befestigt sind. Die

ίο Herstellung und das Anbringen dieser Verbindungseinrichtungen zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Membrantriigerscheiben ist relativ schwierig und zeitraubens. Im übrigen sind diese bekannten Verbindungseinrichtungen m Betrieb nicht vollständig zuverlässig.

Es sind auch Stellvorrichtungen der oben beschriebenen Art bekanntgeworden, bei denen jeweils eine Membran in einem eigenen Gehäuse untergebracht ist (US-PS 30 77 186). Die gegenseitige Kupplung der Membranen erfolgt dabei mittels einer an der einen Membran angebrachten, abgedichtet durch die Gehäusewand geführten Mitnehmerstange, auf der eine an der anderen Membran angebrachte Mitnehmerlasche mittels eines an ihr ausgebildeten Auges begrenzt axial verschiebbar gelagert ist.

Es ist auch bereits eine lineare Betätigungsvorrichtung mit einer Mehrzahl von kolbenartigen Betätigungseinheiten, die mit Elementen zu einer Leergangverbindung untereinander verbunden sind, bekannt (US-PS 32 42 820). Diese Betätigungskolben sind massive Elemente und haben massive hakenförmige Ansätze. Trotzdem wird bei dieser bekannten Vorrichtung eine sichere Führung der kolbenartigen Elemente in einem gemeinsamen zylindrischen Kanal benötigt um ein Auseinanderfallen der hakenartigen Mitnehmerelemente zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßem Membranantrieb zu schaffen, der billig hergestellt und einfach zusammengebaut werden kann und dessen Mitnehmerelemente aus wenigen Einzelteilen bestehen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Gestaltungsmerkmale vorgesehen.

Hierdurch wird eine wesentliche Vereinfachung der Mitnehmereinrichtung erreicht, insbesondere auch dadurch, daß die an den Membranträgerscheiben ausgebildeten Miitnehmersätze einander gleich sind und zwitterartig ineinandergreifen. Es ist also nur eine Sorte von mit Mitnehmerelementen ausgestatteten Membranträgerscheiben vorzusehen. Außerdem lassen sich die Mitnehmerdemente sehr einfach und leicht zusammensetzen. Trotz der erzielten wesentlichen Verbilligung wird durch die Erfindung auch eine wesentliche Funktionsverbesserung erreicht, da die zwitterartig ineinandergreifenden Haken- und ösenverbindungen eine sicher und genau arbeitende Kupplung mit vorher bestimmter freier, gegenseitiger Bewegungsweite der Membranen bilden, deren Arbeitsweise noch dadurch wesentlich verbessert ist, daß die ineinandergreifenden Mitnehmerelemente mit den an ihnen ausgebildeten parallelen Flächenteilen sich gegenseitig führen, wodurch auch die Membranträgerscheiben stets in einer im wesentlichen parallelen Lage zueinander

μ bleiben. Zweckmäßig ist es, nur an den sich in jeweils einer Kammer gegenüberliegenden Membranträgerscheiben benachbarter Membranen Mitnehmerelemente auszubilden. Dies bedeutet zwar, daß bei dem

erfindungsgemäßen mehrstufigen Membranantrieb zur Steuerung eines Stellgliedes zwei Sorten von Membranträgerscheiben vorgesehen sind. Da aber der Unterschied nur darin liegt, daß die Membranträgcrscheiben ohne Mitnehmerelemente keine zusätzliche Bearbeitung zur Ausbildung der Mitnehmerlemente erhalten, stellt die Benutzung zweier Sorten von Membranträgerscheiben eher eine Verbilligung dar.

Die Membranträgerscheiben können vorzugsweise am Umfang e*ne Umbördelung und konzentrisch dazu eine ringförmige Rippe aufweisen, wobei die Mitnehmerelemente aus dem Trägerscheibenteil zwischen Umbördelung und ringförmiger Rippe geschnitten und hochgestellt sind. Durch diese Rippe erhalten die durch das Herausschneiden der Mitnehmerelemente geschwächten Membranträgerscheiben eine zusätzliche Versteifung bzw. Verstärkung. Falls ein hochgestellter Umfangsrand an der Membranträgerscheibe vorgesehen ist, trägt dieser auch noch zu eine, solchen Versteifung bei.

Eine zusätzliche Sicherung gegen das Auseinanderfallen bzw. gegen ein Abrutschen der zusammenwirkenden Mitnehmerelemente kann im Rahmen der Erfindung in einfacher Weise dadurch gebildet sein, daß die hakenartigen Elemente jeweils einen Ansatz aufweisen, der nach dem Einhaken in das zugeordnete ösenartige Element als Sicherungsteil umzubiegen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Membrane.itrieb in axialem Schnitt bei voll ausgeschobener Stellstange;

F i g. 2 einen Axialschnitt ähnlich demjenigen in Fig. 1, in Mittelstellung bei nur teilweise ausgeschobener Stellstange;

F i g. 3 einen Schnitt ähnlich demjenigen der F i g. 1 und 2, jedoch bei voll eingezogener Stellstange;

Fig.4 eine vergrößerte Draufsicht auf eine mit Mitnehmerelementen versehene Membranträgerscheibe;

F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 durch eine Membranträgerscheibe nach F i g. 4 mit Darstellung des ösenartigen Mitnehmerelements;

Fig.6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 durch eine Membranträgerscheibe nach F i g. 4 mit Darstellung des hakenförmigen Mitnehmerelements;

F i g. 7 zwei zusammenzufügende Membranträgerscheiben gemäß F.g.4 geschnitten entlang der Linie 7-7;

Fig.8 einen vergrößerten Teilschnitt durch den mittleren Bereich einer Membranträgerscheibe nach F i g. 4 und

F i g. 9 eine perspektivische Darstellung einer Membranträgerscheibe nach F i g. 4.

Der in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Membranantrieb kann benutzt werden um Ventile in Heiß- und Kühlsystemen bei Kraftfahrzeugen zu steuern. Er kann auch zur Betätigung irgendwelcher anderer Anlagenteile auch auf anderen Gebieten als dem Kraftfahrzeugwesen benutzt werden.

Im dargestellten Beispiel weist der Membranantrieb 20 eine Stellstange 24 auf, die in eine voll ausgeschobene Stellung (Fig. 1), eine mittlere Stellung (F i g. 2) und eine voll eingezogene Stellung (Fig.3) zu bringen ist, entsprechend drei gewünschten Stellungen eines Stellglieds, beispielsweise eines Ventils.

Dementsprechend enthält die- Membranstellvorrichtung 20 zwei Membranen 30 und 32 im Inneren eines zweiteiligen Gehäuses 34. Diese Membranen 30 und 32 sind an ihren Außenrändern durch einen Abstandhaltering 44 in gegenseitigem Abstand gehalten und in abdichtender Weise zwischen den Teilen des Gehäuses 34 und den jeweils benachbarten Stirnflächen des Abstandhalteringes 44 eingeklemmt Auf diese Weise wird zwischen den beiden Membranen 30 und 32 eine mittlere Kammer 54 mit Vakuumanschluß 52, zwischen dem einen Gehäuseteil und der einen Membran 30 eine

ίο Kammer 58 mit Vakuumanschluß 56 und zwischen dem anderen Gehäuseteil und der zweiten Membran 32 eine dritte Kammer 62 gebildet, die über den Gehäusedurchlaß für die Stellstange 24 mit den Außenluft in Verbindung steht In die mit Vakuumanschluß 52 bzw. 56 versehenen Kammern 54 und 58 sind Stellfedern in Form von Schraubendruckfedern 110, 112 eingesetzt Außerdem sind die Membranen 30 und 32 in ihrem mittleren Bereich mit Membranträgerscheiben 70, 72, 76, 78 besetzt die auf beiden Seiten jeder Membran angebracht und mittels Nieten 74,80 gegenseitig an der jeweiligen Membran befestigt sind. Hierdurch stützt sich die Stellfeder 112 in der Kammer 58 an der Stirnwand 60 des einen Gehäuseteiles und der äußeren Membranträgerscheibe 78 der Membran 30 ab, während die Stellfeder 110 in der mittleren Kammer 54 an den inneren Membranträgerscheiben 72 und 76 der Membranen 32 und 30 abgestützt ist Die sich in der mittleren Kammer 54 gegenüberliegenden inneren Membranträgerscheiben 72 und 76 sind außerdem über die im

jo folgenden erläuterten Mitnehmerelemente derart miteinander gekuppelt, daß sie eine begrenzte gegenseitige axiale Bewegung ausführen können. F i g. 1 zeigt so die Stellvorrichtung 20 in nicht beaufschlagtem Zustand beider mit Vakuumanschluß 52, 56 versehenen Kam mern 54,58. Durch die Wirkung der Stellfedern 110 und 112 ist die Stellstange 24 vollständig aus dem Gehäuse 34 ausgeschoben, und die inneren Membranträgerscheiben 72 und 76 sind durch die Stellfeder 110 in größtem, durch die Mitnehmerelemente zugelassenem gegensei tigern Abstand gehalten. In F i g. 2 ist nur die Kammer 58 mit Vakuum beaufschlagt. Dadurch ist die Stellfeder 112 axial zusammengeschoben, während die Stellfeder 110 noch immer die inneren Membranträgerscheiben 72 und 76 und damit die Membranen 30 und 32 in größtem, durch die Mitnehmerelemente zugelassenen Abstand hält. Die Stellstange 24 nimmt dadurch eine mittlere Stellung ein. Nach F i g. 3 sind beide Kammern 54 und 58 mit Vakuum beaufschlagt. Beide Steilfedern 110 und 112 sind dadurch axial zusammengedrückt und die inneren Membranträgerscheiben 72 und 76 in geringstem durch die Mitnehmerelemente zugelassenen Abstand gehalten. Die Stellstange 24 nimmt dadurch ihre in das Gehäuse 34 eingezogene Stellung ein. Die besondere Ausbildung der Membranträgerschei ben 70, 72, 76, 78, insbesondere der beiden inneren Membranträgerscheiben 72 und 76 ist aus den F i g. 4 bis 9 ersichtlich. Im dargestellten Beispiel sind die Membranträgerscheiben 70, 72, 76 und 78 aus Metallblech hergestellt, beispielsweise kaltgewalztem

ho Stahl. Anfänglich können alle diese Membranträgerscheiben in gleicher Form nämlich derjenigen der äußeren Membranträgerscheiben 70 und 78 ausgebildet werden. Die inneren Membranträgerscheiben 72 und 76 werder dann zusätzlichen Arbeitsgängen unterworfen,

f>i die als getrennte Schritte durch Formen ausgeführt werden können oder durch eine spezielle Preß-Werkzeugkombination, die eine solche Ausgangs-Membranträgerscheibe zu der gewünschten Form der inneren

Membranträgerscheibe 72 bzw. 76 pressen, stanzen, lochen und biegen kann.

Die Membranträgerscheiben 70,72,76,78 haben eine an der freien Seite vorstehende ringförmige Rippe 86, die im dargestellten Beispiel einen Durchmesser von annähernd 11 mm aufweist. Die Rippe 86 umgibt eine zentrale Durchlaßöffnung 88, die einen Durchmesser von annähernd 3,2 mm haben kann und für den Befestigungsniet (74 bzw. 80) dient.

Zwischen dem Durchlaß 88 und der Rippe 86 verbleibt somit eine Ringfläche 90 von etwa 3 mm Breite, die gegen den inneren Teil der Membran 30 bzw. 32 gepreßt ist. Bei der Herstellung der Membranträgerscheiben 70, 72, 76, 78, beispielsweise beim Stanzen in einer Presse, werden mehrere kleinere ringförmige Nuten 92 in diese ringförmige Fläche 90 eingepreßt. Die so gebildete Riffelung hat den Hauptzweck, der ringförmigen Fläche 90 eine griffige Oberfläche zu geben, die beim Zusammenpressen der Membran mit den Membranträgerscheiben mittels des Nietes 74 bzw. 80 in den Gummi der Membran einzugreifen und ein Herausziehen der Membran aus dem mittleren Bereich der Membranträgerscheiben und somit ein eventuelles Auftreten von Undichtigkeit über die weiter unten erläuterten ausgeschnittenen Bereiche der Membranträgerscheiben zu verhindern.

Die sich in der mittleren Kammer 54 einander gegenüberliegenden beiden Membranträgerscheiben 72 und 76 sind in gleicher Weise ausgebildet und tragen die im folgenden beschriebenen Mitnehmerelemente als einstückige Teile.

In dem zwischen der vorstehenden Rippe 86 und dem hochgebogenen äußeren Umfangsrand in Art einer Plattform ausgebildeten Bereich der inneren Membranträgerscheiben 72 und 76 sind je zwei Vorsprünge 98 und 100 ausgeschnitten und so hochgebogen, daß sie an der freien, also der nicht mit der Membran in Berührung kommenden Seite der Membranträgerscheibe vorstehen. Der eine Vorsprung 98 bzw. 98' ist hakenartig geformt, während der andere Vorsprung 100 bzw. 100' eine Öse bildet Diese öse erstreckt sich senkrecht zur Ebene der Membranträgerscheibe 76 bzw. 72 und ist mit ausreichender Weite ausgebildet, um den seitlich umgebogenen Endteil 104 des Hakens 98 bzw. 98' aufzunehmen und die Bewegung des hakenartigen Ansatzes 98 bzw. 98' über die volle Länge des ösenschlitzes. 102 zu gestatten. Wie dargestellt, ist der hakenartige Ansatz 98 bzw. 98' etwas näher zur Mitte der Membranträgerscheibe angeordnet, der diametral gegenüberliegende ösenartige Ansatz 100 bzw. 100', und so sein umgebogener Endteil 104 erstreckt sich nach der Außenkante der Membranträgerscheibe. Das Endstück des umgebogenen hakenartigen Teiles 104 weist eine kleine seitliche Lasche 106 bzw. 106' auf. Vor dem Zusammensetzen der Membranträgerscheiben 72 und 76 sind diese Seitenlaschen 106 und 106' so gelegt, daß sie nach der Scheibenfläche hin gerichtet sind, um den Hakenansatz 98 bzw. 98' in den ösenartigen Ansatz 100 bzw. 100' einführen zu können. Nach dem Zusammensetzen werden die Laschen 106 und 106' leicht in einem Winkel nach außen gebogen um die sich gegenüberstehenden Membranträgerscheiben miteinander zu sichern, wie dies in F i g. 6 strichpunktiert angedeutet is; Durch genaue Lage des hochgebogenen hakenartigen Ansatzes 98 bzw. 98' bezüglich des hochgebogenen ösenartigen Ansatzes 100 bzw. 100' können durch das Zusammensetzen an den Mitnehmerelementen die beiden Membranträgerscheiben 72 und 76 iängs einer durch ihre Nietöffnung verlaufenden Achse ausgerichtel werden, wobei durch ausreichendes Spiel in der Verbindung ein leichtes gegenseitiges Neigen der beiden Membranträgerscheiben möglich ist.

Die gegenseitige Verbindung der in gleicher Weise ausgebildeten Membranträgerscheiben 72 und 76 ist ganz einfach. Jede der beiden Membranen 30 und 32 wird zunächst mit ihren jeweiligen membranträger· scheiben und Nieten und die vordere Membran 32 noch mit ihrer Stellstange 24 verbunden. Die sich gegenüberliegenden Seiten der beiden Membrananordnunger werden dann nach vorherigem Einsetzen einer Druck-Schraubenfeder 110 unter Zusammendrücken diesel Feder 110 parallel zusammengeführt, und zwar zunächst um die radiale Länge der Hakenelemente 104 zueinander versetzt. Dann werden die beiden Membranträgerscheiben 72 und 76 aus der in F i g. 7 angedeuteten Stellung axial miteinander ausgerichtet wobei das ösenelement 100' der Membranirägerschei· be 72 im Sinne des Pfeiles X auf das hakenartige Element 98 der Membranträgerscheibe 76 geführt unc das Hakenelement 98' der Membranträgerscheibe 72 inSinne des Pfeiles Y in das ösenartige Element 100 dei Membranträgerscheibe 76 eingeführt werden. Wenr diese Haken- und ösenverbindung unter seitlichem Ausrichten der Membranträgerscheiben 72 und 76 hergestellt worden ist, werden die beiden Laschen IM und 106' in einem Winkel von etwa 45° mittels eines Werkzeuges, beispielsweise einer feinen Flachzange nach außen gebogen.

In diesem zusammengesetzten Zustand mit dei eingesetzten Druckfeder 110 werden die innerer Membranträgerscheiben 72 ur.H 76, wie in F i g. 1 gezeigt, voneinander weg in die durch den Eingriff der hakenartigen Ansätze 98 und 98' und die ösenartiger Ansätze 100' bzw. 100 bestimmte Endstellung gedruckt Die Grenze der aufeinander zu gerichteten Bewegung der beiden Membranträgerscheiben 72 und 76 wire durch Anstoßen der hakenartigen Ansätze gegen der jeweiligen gegenüberliegenden Scheibenkörper be stimmt, wie dies in Fig.3 gezeigt ist Die Länge dei gegenseitigen Bewegung ist durch die Länge de; ösenschlitzes 102 und des Hakens 98 bestimmt Durch geeignete Ausbildung der beiden Komponenten kanr die Bewegungslänge sehr kurzgehalten werden, beispielsweise etwa 3 mm. Bei der im dargestellten Beispie gezeigten Stellvorrichtung 20 ist die gegenseitige Bewegungsmöglichkeit der beiden Membrananordnungen auf etwa 6 mm begrenzt

In dem zusammengesetzten Zustand werden dann die Membranen in das gemeinsame Gehäuse 34 eingebaui um die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte fertige Stellvorrich tung 20 zu bilden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 Patentansprüche:

1. Mehrstufiger Membranantrieb zur Steuerung eines Stellglieds, insbesondere eines Ventils, mit mehreren in einem starren Gehäuse angeordneten Membranen, die mehrere an eine Unterdruckquelle oder an eine Druckmittelquelle anschließbare Kammern begrenzen, mit den mittleren Bereich der Membranen versteifenden Trägerscheiben aus Metall, mit einer das Stellglied betätigenden, mit einer der Membranen verbundenen Stellstange und mit an den sich in einer Kammer gegenüberliegenden Membranträgerscheiben angeordneten zusammenwirkenden Mitnehmerelementen, die eine Relativbewegung zweier benachbarter Membranen zulassen, aber einen minimalen und einen maximalen Abstand der beiden Membranen voneinander begrenzen, wobei aus dem Metallblech der Trägerscheiben geschnittene und nach dem Inneren der jeweiligen Kammer hochgebogene Blechteile verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenwirkenden Mitnehmerelemente (98, 98'; 100,100') aus jeweils zwei gleichen hakenartigen (98, 98') und zwei gleichen ösenartigen (100, 100') Elementen bestehen, wobei jeweils ein hakenartiges Element (98, 98') mit einem ösenartigen (100, 100') Element zusammenwirkt, und daß alle Teile der Mitnehmerelemente (98, 98'; 100, 100') aus dem Metallblech der Membranträgerscheiben (72, 76) geschnitten und nach dem Inneren der Kammern (54) hochgebogen sind.

2. Membranantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Membranträgerscheibe (72,76) geschnittenen Elemente (98,98'; 100, 100') auf einem Durchmesser der Trägerscheibe (72, 76) dem Scheibenmittelpunkt (88) gegenüberliegend angeordnet sind.

3. Membranantrieb nach Arspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Trägerscheibe (72, 76) ein hakenförmiges und ein osenförmiges Element aufweist, die hakenförmigen Elemente (98, 98') geringfügig näher am Scheibenmittelpunkt (88) angeordnet sind, als die ösenartigen Elemente (100, 100') und die Hakenspitzen (104) nach dem Umfangsrand der jeweiligen Membranträgerscheibe (72,76) gerichtet sind.

4. Membranantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranträgerscheiben (72, 76) am Umfang eine Umbördelung und konzentrisch dazu eine ringförmige Rippe (86) aufweisen und daß die Mitnehmerelemente (98, 100 bzw. 98'. 100') aus dem Trägerscheibenteil (72, 76) zwischen Umbördelung und ringförmiger Rippe (86) geschnitten und hochgestellt sind.

5. Membranantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hakenartigen Elemente (98, 98') jeweils einen Ansatz (106, 106') aufweisen, der nach dem Einhaken in das zugeordnete, ösenartige Element (100, 100') als Sicherungsteil umzubiegen ist.