DE20215127U1

DE20215127U1 - Membranaktor

Info

Publication number: DE20215127U1
Application number: DE20215127U
Authority: DE
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2002-12-05
Anticipated expiration: 2012-10-02

Description

G 22176 - les 22. Juli 2002

FESTO AG & Co, 73734 Esslingen

Membranaktor

Die Erfindung betrifft einen Membranaktor, mit einem starren Grundkörper und mit einer eine flächenhafte Ausdehnung aufweisenden Membran, die an ihrem Rand unter Abdichtung am Grundkörper fixiert ist und die gemeinsam mit dem Grundkörper einen Betätigungsraum begrenzt, in den mindestens ein in dem Grundkörper ausgebildeter Fluidkanal einmündet, über den eine gesteuerte Fluidbeaufschlagung des Betätigungsraumes möglich ist, um die Membran in dem nicht fixierten Bereich relativ zum Grundkörper zu bewegen.

Ein aus dem deutschen Gebrauchsmuster 20106367 bekannter Membranaktor dieser Art verfügt über einen Grundkörper, an dem mittels eines gesonderten Befestigungsringes der Rand einer Membran fixiert ist, die durch Fluidbeaufschlagung eines Betätigungsraumes relativ zu dem Grundkörper bewegbar ist, um einen Arbeitshub auszuführen.

Aus der DE 3502575 Al geht ein weiterer Membranaktcr hervor, bei dem die Membran zwischen einer Klemmplatte und dem Boden

eines Grundkörpers verspannt ist, wobei die Klemmplatte mittels einer Schraube am Grundkörper befestigt ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Membranaktor zu schaffen, der über einen einfacheren und kostengünstigeren Aufbau verfügt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass die Membran mit ihrem Randabschnitt in einer von einem einstückigen Befestigungsabschnitt des Grundkörpers definierten ringförmigen Befestigungsvertiefung sitzt und dort zwischen sich gegenüberliegenden Wandbereichen der Befestigungsvertiefung fest eingespannt ist.

Somit ist die Membran randseitig in einer Befestigungsvertiefung fixiert, die anders als beim Stand der Technik nicht von zwei getrennten Bauteilen definiert wird, sondern von einem einstückigen Befestigungse.bschnitt des Grundkörpers. Durch entsprechende Formgebung dieses Befestigungsabschnittes ist erreicht, dass der in der Befestigungsvertiefung sitzende Randabschnitt der Membran zwischen sich gegenüberliegenden Wandbereichein der Befestigungsvertiefung fest eingespannt ist. Die: feste Einspannung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass einer der Wandbereiche beim Zusammenbau des Membrö.naktors plastisch so verformt wird, dass er gegen den sich c.m entgegengesetzten Wandbereich der Befestigungsvertiefung c.bstützenden Randabschnitt

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der Membran fest vorgespannt ist. Dabei ist eine Bauform möglich, bei der wenigstens einer der Randabschnitte in das Material der Membran lokal eindrückt, so dass der kraftschlüssigen Verbindung eine zusätzliche formschlüssige Verbindung überlagert ist. Letzteres lässt sich sehr einfach dadurch erreichen, dass wenigstens einer der Wandbereiche mit einer insbesondere umlaufenden Sicke versehen ist.

Bevorzugt ist der Grundkörper insgesamt ein einstückiges Bauteil, besteht also aus lediglich einem einzigen Teil, wobei der Befestigungsabschnitt ein integraler Bestandteil dieses einstückigen Grundkörpers ist.

Der Grundkörper besteht zweckmäßigerweise aus Metall. Außerdem ist der Grundkörper zweckmäßigerweise platten- oder scheibenförmig ausgebildet, so dass eine sehr flache Bauform des Membranaktors möglich ist.

Die Membran ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie einen Zentralbereich hat und ausgehend von diesem Zentralbereich zum außen liegenden Randabschnitt hin wellenförmig strukturiert ist. Durch die Wellenstruktur verfügt die Membran über ein gutes Ausdehnungsvermögen, was große Hübe zulässt. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn konzentrisch um den Zentralbereich herum Verstärkungsgurte in den Membrankörper der Membran eingebettet sind, die eine Überlastung des Membrankörpermaterials verhindern. Bevorzugt sind sie in den

Berg- oder Talbereichen der Membranwellen platziert. Sie können insbesondere von Verstärkungsfasern gebildet sein, insbesondere aus Kohlefasermaterial.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Bauform des erfindungsgemäßen Membranaktors gemäß Schnittlinie I-I aus Figur 2,

Figur 2 eine ausschnittsweise Draufsicht auf den Membranaktor mit Blickrichtung gemäß Pfeil II aus Figur 1 und

Figur 3 den in Figur 1 markierten Ausschnitt III im Bereich des Befestigungsabschnittes in einer vergrößerten Darstellung.

Der in der Zeichnung insgesamt mit Bezugsziffer 1 bszeichnete Membranaktor verfügt über einen einstückigen Grundkörper 2, der bevorzugt aus Metall besteht.

Der Grundkörper 2 hat zweckmäßigerweise eine flache Gestalt. Beim Ausführungsbeispiel ist er platten- oder scheibenförmig ausgebildet. Seine Außenkontur ist prinzipiell beliebig, bevorzugt jedoch kreisförmig.

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An einer der beiden großflächigen Seiten des Grundkörpers 2 ist eine Membran 3 platziert. Diese ist luftundurct.lässig ausgebildet und besitzt flexible Eigenschaften.

Die Membran 3 hat eine flächenhafte Ausdehnung, wobei ihre Ausdehnungsebene in dem in durchgezogenen Linien gezeigten Grundzustand parallel zur Ausdehnungsebene des Grur.dkörpers 2 verläuft. Beim Ausführungsbeispiel wird der Grundkörper 2 von der Membran 3 nahezu vollständig überdeckt. Der außen liegende, umlaufende Randabschnitt 4 der Membran 3 befindet sich äußeren Randbereich des Grundkörpers 2.

Die Membran 3 ist randseitig unter Abdichtung am Grundkörper 2 befestigt. Zu diesem Zweck verfügt der Grundkörper 2 über einen von seinem umlaufenden Randbereich gebildeten einstückigen Befestigungsabschnitt 5. Dieser Befestigungsabschnitt 5 definiert eine ringförmige Befestigungsvertiefung 6, in die die Membran 3 mit ihrem Randabschnitt 4 edntaucht, wobei der Randabschnitt 4 zwischen sich gegenüberliegenden ersten und zweiten Wandbereichen 7, 8 der Befestigungsvertiefung 6 unter Abdichtung fest eingespannt ist.

Die Membran 3 begrenzt gemeinsam mit dem Grundkörpeir 2 einen Betätigungsraum 12. Dieser zwischen dem Grundkörper 2 und der Membran 3 liegende Betätigungsraum 12 kommuniziert mit einem Fluidkanal 13, der den Grundkörper 2 durchsetzt. Desr Fluidkanal 13 mündet an einer Außenfläche des Grundkörpesrs 2 mit

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einer Anschlussöffnung 14 aus, an der eine Fluidleit.ung anschließbar ist, über die ein Betätigungsfluid zugeführt und abgeführt werden kann.

Beim Ausführungsbeispiel mündet der Fluidkanal 13 mit mehreren Öffnungen 15 in den Betätigungsraum 12 ein. Es könnte allerdings auch lediglich eine solche Öffnung 15 vorgeisehen sein.

In der schon erwähnten Ausgangsstellung der Membran 3 verfügt der Betätigungsraum 12 über ein minimales Volumen. Die Membran 3 liegt hierbei zweckmäßigerweise am Grundkörpe;r 2 an.

Wird über die Anschlussöffnung 14 ein Druckmedium in den Betätigungsraum 12 eingespeist, verlagert sich die Membran 3 mit ihrem nicht am Grundkörper 2 fixierten Bereich vom Grundkörper 2 weg. Die Membran 3 baucht sich aus, bis si«! die in Figur 1 strichpunktiert angedeutete ausgefahrene Stellung 16 einnimmt. Das Volumen des Betätigungsraumes 12 ist hierbei stark vergrößert.

Wird das Druckmedium wieder aus dem Betätigungsraum 12 abgeführt, bewegt sich die Membran 3 selbsttätig in ihre Ausgangsstellung zurück. Entsprechend dem gewählten Füü.lvolumen kann die Membran auch Zwischenstellungen einnehmen, die zwischen der ausgefahrenen Stellung 16 und der Ausgangsstellung liegen.

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Auf diese Weise kann der Metnbranaktor 1 vielfältig eingesetzt werden. Er eignet sich beispielsweise als Spannelement, um einen beliebigen Gegenstand zwischen der Membran 3 und einer gegenüberliegenden Fläche festzuspannen. Er kann auch als Hubgerät eingesetzt werden, um Bauteile anzuheben. Dabei können auch größere Gegenstände problemlos gehandhabt werden, da der Membranaktor 1 aufgrund seines einfachen Aufbaus mit sehr großen Abmessungen hergestellt werden kann.

Da die Membran 3 flexibel ist, kann sie sich an die Gestalt eines festzuspannenden oder anzuhebenden Gegenstandes selbsttätig anpassen. Besonders begünstigt wird dieses anschmiegende Verhalten, wenn die Membran 3 wie abgebildet einen Membrankörper 17 aufweist, der aus gummielastischem Material besteht. Bevorzugt handelt es sich um ein Elastomer-Material .

Um einen relativ großen Hub zwischen dem Ausgangszustand und der ausgefahrenen Stellung zu ermöglichen, besitzt die Membran beim Ausführungsbeispiel einen Zentralbereich 18, ausgehend von dem sie zum außen liegenden Randabschnitt 4 hin wellenförmig strukturiert ist. In Figur 1 sind die Wellenberge 22 und die Wellentäler 23 gut zu erkennen. Allerdings liegt diese Wellenstruktur nur im Grundzustand vor. Wird die Membran 3 hingegen durch Druckbeaufschlagung des Betätigungsraumes 12 ausgefahren, glättet sich die Wellenstruktur allmählich, bis sie schließlich, bei Erreichen der ausgefahrenen

Stellung 16, vollständig oder zumindest annähernd vollständig geglättet ist. Damit verbunden ist eine Vergrößerung der Grundfläche der Membran 3, die somit, ohne in ihrem Membrankörper 17 gedehnt werden zu müssen, einen relativ großen Hub ausführen kann.

Beim Zurückbewegen in die Ausgangsstellung wird die Membran wieder gestaucht, so dass sich die Wellenstruktur erneut ausbildet. Daher liegt die Membran 3 im Ausgangszustand nur mit den Wellentälern 23 und, bevorzugt auch dem Zentralbereich 18, am Grundkörper 2 an.

Vor allem wenn der Membranaktor 1 hohe Betätigungskräfte ausführen soll, empfiehlt sich eine Verstärkung des Materials des Membrankörpers 17. Eine solche Verstärkung erfolgt beim Ausführungsbeispiel durch mehrere Verstärkungsgurte 24, die in das Material des Membrankörpers 17 eingebettet sind und die sich konzentrisch um den Zentralbereich 18 herum erstrekken, wobei sie untereinander radial bezüglich der Eochachse 2 5 des Membranaktors 1 beabstandet sind. Die Hochachse 25 definiert gleichzeitig die Hubrichtung der Membran 3.

Bei den Verstärkungsgurten 24 handelt es sich zweckmäßigerweise um Verstärkungsfasern, wobei sowohl einzelne Fasern als auch Faserverbünde vorgesehen sein können. Besonders empfehlenswert sind, wegen ihrer hohen Zugfestigkeit und zugleich hohen Flexibilität, Kohlefasern.

Beim Ausführungsbeispiel sind die Verstärkungsgurte: 24 im Bereich der Wellentäler 23 in den Membrankörper 17 eingebettet. Alternativ oder zusätzlich ist auch ein Platzierung im Bereich der Wellenberge 22 der Membran 3 möglich.

Der Membranaktor 1 ist insbesondere für einen Betrieb mit Druckluft ausgelegt. Allerdings könnte er auch mit hydraulischen Medien oder anderen gasförmigen Medien betrieben werden.

Ein großer Vorteil des beispielsgemäßen Membranaktors 1 liegt im sehr einfachen Aufbau. Der Randabschnitt 4 der Membran 3 ist ohne zusätzliche Befestigungsmittel ausschließlich von den zu dem einstückigen Befestigungsabschnitt 5 gehörenden Wandbereichen 7, 8 der Befestigungsvertiefung 6 gehalten.

Beim Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 2 im Eereich des radial außen liegenden Befestigungsabschnittes 5 etwas höher ausgebildet als in dem dazwischenliegenden, von der Membran 3 überdeckten Bereich. In dem dabei in Höhenrichtung vorspringenden Abschnitt ist die bereits erwähnte Befestigungsvertiefung 6 ausgebildet, deren Tiefenrichtung parallel zur Ausdehnungsebene des Grundkörpers 2 verläuft, so dass ihre Vertiefungsöffnung, mit Bezug zur Hochachse 25, nach radial innen weist. Der Randabschnitt 4 der Membran 3 kanr. somit bei der Montage bequem von innen her in die Befestiguncsvertiefung 3 eingesteckt werden.

Die beiden Wandbereiche 7, 8, zwischen denen der Randabschnitt 4 eingespannt ist, bilden die Flanken der Befestigungsvertiefung 6, deren Flächen beim Ausführungsbeispiel die gleiche Ausrichtung wie die Hochachse 2 5 haben. Bei der Montage des Membranaktors 1 werden die beiden Wandbereiche 7, 8 mittels eines nicht näher dargestellten Umformwerkz<;uges so zusammengedrückt, dass sie sich einander annähern. Wenigstens einer der Wandbereiche 7, 8 erfährt hierbei eine plastische Verformung, die zur Folge hat, dass der Randabschnitt 4 mit hoher Vorspannung kraftschlüssig in der Befestigungisvertiefung 6 gehalten wird.

Beim Ausführungsbeispiel hat der Befestigungsabschnitt 5 ringförmige Gestalt mit etwa U-förmigem Querschnitt. Jeder der beiden U-Schenkel bildet einen der beiden Wandboreiche 7, 8. Während der erste Wandbereich 7 zu demjenigen Abschnitt des Grundkörpers 2 gehört, der zusammen mit der Membran 3 den Betätigungsraum 12 begrenzt, ist der zweite Wandbereich 8 relativ kurz ausgebildet und übergreift den Randabschiitt 4 der Membran 3. Der insgesamt ringförmige erste Wandbereich 7 begrenzt somit umfangsseitig einen Aufnahmeraum 26, i:i dem die Membran 3 im Ausgangszustand aufgenommen ist, so dass sie nicht oder nur geringfügig über den Grundkörper 2 vorsteht.

Bei geringer Beanspruchung reicht eine ausschließlich kraftschlüssige Einspannung des Randabschnittes 4 der Membran 3 vollkommen aus. Bei höheren Beanspruchungen empfiehlt sich

jedoch die Realisierung von Maßnahmen, die zusätzlich eine gewisse formschlüssige Haltefunktion ausüben. Erreicht wird dies am einfachsten dadurch, dass einer der Wandbereiche 8 lokal in den Randabschnitt 4 der Membran 3 hineingedrückt wird.

Eine als optimal angesehene Realisierungsform ist beim Ausführungsbeispiel vorgesehen und in Figur 3 vergrößert dargestellt. Demnach ist der den Randabschnitt 4 übergreifende zweite Wandbereich 8 von der dem ersten Wandbereich 7 entgegengesetzten Oberseite her mit einer umlaufenden Sicke 27 versehen, die, wie dies bei 28 gezeigt ist, den Membrankörper 17 quetscht und dadurch in den Randabschnitt 4 zumindest ein Stück weit eindrückt. Die daraus resultierenden Materialhinterschneidungen gewährleisten, dass der Randabschnitt 4 auch bei hohen Zugkräften sicher fixiert bleibt.

Der Grundkörper 2 kann aus Metall bestehen, wobei die Befestigungsvertiefung 6 beispielsweise durch ein spanabhebendes Verfahren eingebracht wird.

Da der Membranaktor des Ausführungsbeispiels aus lediglich zwei Teilen besteht, ist er sehr kostengünstig herstellbar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Verstärkungsgurte 24 eine Überbeanspruchung der Membran 3 verhindert und dadurch eine lange Lebensdauer garantiert ist.

Claims

1. Membranaktor, mit einem starren Grundkörper (2) und mit einer eine flächenhafte Ausdehnung aufweisenden Membran (3), die an ihrem Rand unter Abdichtung am Grundkörper (2) fixiert ist und die gemeinsam mit dem Grundkörper (2) einen Betätigungsraum (12) begrenzt, in den mindestens ein in dem Grundkörper (2) ausgebildeter Fluidkanal (13) einmündet, über den eine gesteuerte Fluidbeaufschlagung des Betätigungsraumes (12) möglich ist, um die Membran (3) in dem nicht fixierten Bereich relativ zum Grundkörper (2) zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3) mit ihrem Randabschnitt (4) in einer von einem einstückigen Befestigungsabschnitt (5) des Grundkörpers (2) definierten ringförmigen Befestigungsvertiefung (6) sitzt und dort zwischen sich gegenüberliegenden Wandbereichen (7, 8) der Befestigungsvertiefung (6) fest eingespannt ist.

2. Membranaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Wandbereiche (8) der Befestigungsvertiefung (6) lokal in den Randabschnitt (4) der Membran (3) hineingedrückt ist.

3. Membranaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Wandbereiche (8) mindestens eine in den Randabschnitt (4) der Membran (3) eingedrückte Sicke (27) aufweist.

4. Membranaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) insgesamt ein einstückiges Bauteil ist.

5. Membranaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) aus Metall besteht.

6. Membranaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) platten- oder scheibenförmig ausgebildet ist.

7. Membranaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (5) vom umlaufenden Randbereich des Grundkörpers (2) gebildet ist.

8. Membranaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (5) einen U- förmigen Querschnitt hat, wobei die Öffnung der Befestigungsvertiefung (6) radial nach innen weist.

9. Membranaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3) einen Membrankörper (17) aus gummielastischem Material aufweist.

10. Membranaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3) einen Zentralbereich (18) hat und ausgehend von dem Zentralbereich (18) zum außen liegenden Randabschnitt (4) hin wellenförmig strukturiert ist.

11. Membranaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass konzentrisch um den Zentralbereich (18) herum Verstärkungsgurte (24) in den Membrankörper (17) der Membran (3) eingebettet sind.

12. Membranaktor nach Anspruch 11 in Verbindung mit Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsgurte (24) in den Berg- und/oder Talbereichen (22, 23) der Membranwellen platziert sind.

13. Membranaktor nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsgurte faserartig ausgebildet sind.