Die Erfindung betrifft eine Arbeitsvorrichtung mit mindestens einem Membranaktor, wobei der Membranaktor zwei sich in Achsrichtung einer Hauptachse mit Abstand gegenüberliegende Kopfstücke und einen zwischen den beiden Kopfstücken angeordneten, in der Achsrichtung der Hauptachse verformbaren, flexiblen Membrankörper aufweist, wobei der Membrankörper an jedem Kopfstück in einer zumindest die Übertragung drückender Kräfte ermöglichenden Weise angreift und einen mit mindestens einem zur Zufuhr und/oder Abfuhr eines Arbeitsfluides geeigneten Fluidkanal verbundenen Arbeitsraum umschließt, und wobei der Membrankörper außen koaxial zu der Hauptachse von einer sich zwischen den beiden Kopfstücken erstreckenden und die Kopfstücke ständig in Richtung einer aneinander angenäherten Grundstellung vorspannenden Rückzugsfedereinrichtung umschlossen istThe invention relates to a working device with at least one membrane actuator, wherein the membrane actuator has two in the axial direction of a main axis spaced head pieces and a arranged between the two head pieces, deformable in the axial direction of the main axis, flexible membrane body, wherein the membrane body on each head in a engages at least the transmission of pressing forces permitting manner and encloses a connected to at least one suitable for the supply and / or discharge of a working fluid fluid channel working space, and wherein the membrane body outside coaxial to the main axis of a extending between the two headers and the head pieces constantly in the direction an approximated basic position biasing return spring means is enclosed
Aus der DE 103 39 819 A1 ist eine als Linearstellelement ausgebildete Arbeitsvorrichtung der vorgenannten Art bekannt, bei der sich zwischen zwei Kopfstücken ein schlauchförmiges Dehnelement erstreckt, das einen Druckraum begrenzt, der mit einem Druckmedium beaufschlagbar ist, um die beiden Kopfstücke voneinander weg gerichtet zu bewegen. Um das Dehnelement herum erstreckt sich eine Schraubenfeder, die die Rückstellbewegung der beiden Kopfstücke unterstützt. In der aneinander angenäherten Grundstellung der beiden Kopfstücke ist das Dehnelement von der Schraubenfeder vollständig umschlossen, wobei die Federwindungen aneinander anliegen. Werden die beiden Kopfstücke voneinander weg bewegt, wird die Schraubenfeder gedehnt, wobei die Federwindungen voneinander abheben.From the DE 103 39 819 A1 is designed as a linear actuator working device of the aforementioned type, in which extends between two head pieces a tubular expansion element which defines a pressure chamber, which is acted upon by a pressure medium to move the two head pieces directed away from each other. Around the expansion element extends around a coil spring which supports the return movement of the two head pieces. In the approximate basic position of the two head pieces, the expansion element is completely enclosed by the coil spring, wherein the spring coils abut each other. If the two head pieces moved away from each other, the coil spring is stretched, the spring coils stand out from each other.
Die DE 40 40 295 A1 offenbart eine druckmittelbetätigbare Hub- und/oder Klemmvorrichtung, bei der zwischen zwei plattenförmigen Kopfstücken ein Druckluftkissen angeordnet ist, das aufblasbar ist, um die beiden Kopfstücke voneinander weg zu bewegen. Zwischen den beiden Kopfstücken erstrecken sich auch noch mehrere säulen- bzw. blockförmige Gummifedern, die als Rückzüge fungieren, um die Ausgangsposition der Kopfstücke wieder herzustellen, wenn die Druckluft abgelassen wird.The DE 40 40 295 A1 discloses a fluid-actuated lifting and / or clamping device in which between two plate-shaped head pieces, a compressed air cushion is arranged, which is inflatable, to move the two head pieces away from each other. Between the two headers also extend a plurality of columnar or block-shaped rubber springs, which act as retreats to restore the starting position of the headers when the compressed air is discharged.
Die DE 10 2007 050 013 A1 offenbart einen langhubigen Zylinder mit zwei Zylinderdeckeln, die durch einen flexiblen Hüllkörper miteinander verbunden sind und sich bei Fluidbeaufschlagung des Innenraumes des Hüllkörpers ausgehend von einer Ausgangsposition voneinander weg bewegen. Dabei wird eine den Hüllkörper umschließende, an den beiden Zylinderdeckeln fixierte Schraubenfeder gedehnt, sodass eine Rückstellkraft aufgebaut wird, durch die die beiden Zylinderdeckel bei einer Druckentlastung des Innenraumes des Hüllkörpers in die Ausgangsposition zurückgezogen werden.The DE 10 2007 050 013 A1 discloses a long-stroke cylinder with two cylinder covers which are interconnected by a flexible sheath body and move away from one another when fluid is applied to the interior of the sheath body from a home position. In this case, a wrapping body enclosing, fixed to the two cylinder covers coil spring is stretched, so that a restoring force is built by the two cylinder cover are withdrawn at a pressure relief of the interior of the envelope body in the starting position.
Eine aus der EP 1 035 333 A1 bekannte Arbeitsvorrichtung ist als Hubvorrichtung ausgebildet und enthält einen Membranaktor mit einem hohlzylindrischen oder tonnenförmigen Membrankörper, dessen Wandung aus einem gummielastischen Material besteht und an dessen beiden Stirnseiten jeweils eine Abdeckplatte befestigt ist. Gemeinsam mit den Abdeckplatten begrenzt der Membrankörper einen Arbeitsraum, der mit Druckluft beaufschlagbar ist, um unter gleichzeitiger Längung des Membrankörpers ein gegenseitiges Entfernen der beiden Abdeckplatten hervorzurufen. In die Wandung des Membrankörpers sind Fäden eingearbeitet, die das Verformungsverhalten des Membrankörpers beeinflussen.One from the EP 1 035 333 A1 Known working device is designed as a lifting device and includes a diaphragm actuator with a hollow cylindrical or barrel-shaped membrane body whose wall consists of a rubber-elastic material and on whose two end faces in each case a cover plate is attached. Together with the cover plates of the membrane body limits a working space which can be acted upon with compressed air to cause mutual removal of the two cover plates with simultaneous elongation of the membrane body. In the wall of the membrane body threads are incorporated, which influence the deformation behavior of the membrane body.
Aus der DE 10313189 A1 ist eine Vorrichtung zum Anheben einer Kraftfahrzeugfronthaube bekannt, die zwei Kopfstücke aufweist, die durch eine Druckfeder ständig im Sinne eines gegenseitigen Entfernens beaufschlagt sind. Die Druckfeder umschließt ein Wegbegrenzungselement, das hohlzylindrisch oder schlauchförmig ausgeführt ist und dazu dient, die durch die Druckfeder hervorrufbare relative Hubbewegung der beiden Kopfstücke zu begrenzen.From the DE 10313189 A1 a device for lifting a motor vehicle front hood is known, which has two head pieces, which are constantly acted upon by a compression spring in the sense of mutual removal. The compression spring encloses a Wegbegrenzungselement, which is designed as a hollow cylinder or tubular and serves to limit the producible by the compression spring relative stroke movement of the two head pieces.
Aus der WO 2008/046566 A1 ist ein Mechanismus bekannt, der mehrere plattenförmige Stützelemente aufweist, die mittels sich zwischen ihnen erstreckender, zur Ausübung von Zugkräften geeigneter künstlicher Muskeln in ihrer Relativlage veränderbar sind. Zum Ausgleich von zu erwartenden statischen Kräften sind Zug- und/oder Druckfederelemente vorgesehen, die als Rückstellelemente für die künstlichen Muskeln fungieren. Anstelle der künstlichen Muskeln sind auch andere pneumatische oder hydraulische Arbeitselemente einsetzbar, beispielsweise Druckzylinder.From the WO 2008/046566 A1 For example, a mechanism is known which has a plurality of plate-shaped support elements which are variable in their relative position by means of artificial muscles extending between them and suitable for the application of tractive forces. To compensate for expected static forces tensile and / or compression spring elements are provided, which act as restoring elements for the artificial muscles. Instead of the artificial muscles and other pneumatic or hydraulic working elements are used, such as pressure cylinder.
Die DE 43 39 873 C2 offenbart eine Kombination aus Kolben und Gehäuse, wobei der Kolben durch Druckbeaufschlagung eines von ihm und dem Gehäuse gemeinsam begrenzten Arbeitsraumes relativ zu dem Gehäuse ausfahrbar ist und mittels einer in dem Arbeitsraum angeordneten Rückstellfeder in eine eingefahrene Grundstellung vorgespannt ist.The DE 43 39 873 C2 discloses a combination of piston and housing, wherein the piston is movable relative to the housing by pressurizing one of him and the housing together limited working space and is biased by means disposed in the working space return spring in a retracted home position.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Arbeitsvorrichtung mit einem für drückende Kraftübertragung geeigneten Membranaktor zu schaffen, wobei der Membranaktor bei geringer Beschädigungs- und Verletzungsgefahr über eine zuverlässige Rückstellfunktion verfügt.The invention has for its object to provide a working device with a suitable for oppressive force transmission membrane actuator, the diaphragm actuator has a low risk of damage and injury on a reliable reset function.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass die Rückzugsfedereinrichtung von einer Evolutfeder gebildet ist, die in jeder axialen Relativposition der Kopfstücke eine den Membrankörper peripher umschließende, vollständig geschlossene Schutzwand bildet.To solve this problem is provided in connection with the features mentioned that the return spring means is formed by an Evolutfeder, in each axial Relative position of the head pieces forms the membrane body peripherally enclosing, completely closed protective wall.
Bei einer solchen Arbeitsvorrichtung ist zwischen dem verformbaren Membrankörper und den beiden Kopfstücken jeweils eine drückende Kraftübertragung möglich. Der Membranaktor ist beispielsweise als Antriebseinheit nutzbar, bei der durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung des Arbeitsraumes eine relative lineare Antriebsbewegung zwischen den beiden Kopfstücken hervorrufbar ist. Durch die Rückzugsfedereinrichtung sind die beiden Kopfstücke ständig in Richtung einer aneinander angenäherten Grundstellung vorgespannt, in der der durch den Membrankörper definierte Arbeitsraum ein minimales Volumen einnimmt. Durch Fluidbeaufschlagung des Arbeitsraumes ist eine drückende Kraft erzeugbar, durch die die beiden Kopfstücke unter Überwendung der Rückstellkraft der Rückzugsfedereinrichtung auseinandergefahren werden. Bei Wegnahme der Fluidkraft können die Kopfstücke aufgrund der auf sie einwirkenden Federkraft sehr schnell und zuverlässig in die Grundstellung zurückbewegt werden. Da die Rückzugsfedereinrichtung außen um den Membrankörper herum angeordnet ist, kann sie bezüglich der flexiblen Wandung des Membrankörpers eine Schutzfunktion ausüben, indem sie den Membrankörper vor mechanischen Beeinträchtigungen schützt. Die den Membrankörper umschließende Rückzugsfedereinrichtung übt außerdem eine stabilisierende Wirkung auf die beiden Kopfstücke aus und sorgt dafür, dass diese beiden Kopfstücke auch ohne eine zusätzliche Führungseinrichtung die angestrebte, insbesondere lineare Relativbewegung ausführen können. Insgesamt bietet der Membranaktor den Vorteil, dass zur Abdichtung des Arbeitsraumes keine dynamischen Dichtstellen benötigt werden, so dass kaum mit einer Leckageproblematik zu rechnen ist. Außerdem zeichnet sich der Membranaktor durch einen sehr geringen Verschleiß aus und erfordert für seinen Dauerbetrieb keine besondere Schmierung. Der Membranaktor kann mit einer großen Durchmesserspanne realisiert werden, so dass sich mit seiner Hilfe große Kraftbereiche abdecken lassen, wobei er sowohl sehr kleine Abmessungen als auch relativ große Abmessungen ermöglicht.In such a working device, in each case a pressing force transmission is possible between the deformable membrane body and the two head pieces. The membrane actuator can be used, for example, as a drive unit, in which a relative linear drive movement between the two head pieces can be brought about by controlled fluid admission of the working space. By the return spring means, the two head pieces are constantly biased in the direction of an approximate basic position, in which the work space defined by the membrane body occupies a minimum volume. By fluidizing the working space, a pressing force can be generated by which the two head pieces are moved apart by overcoming the restoring force of the return spring means. When removing the fluid force, the head pieces can be moved back very quickly and reliably due to the spring force acting on them in the basic position. Since the return spring means is disposed around the outside of the membrane body around, it can exert a protective function with respect to the flexible wall of the membrane body by protecting the membrane body from mechanical damage. The retraction spring device surrounding the membrane body also exerts a stabilizing effect on the two head pieces and ensures that these two head pieces can perform the desired, in particular linear, relative movement even without an additional guide device. Overall, the membrane actuator has the advantage that no dynamic sealing points are required to seal the working space, so that hardly a leakage problem can be expected. In addition, the diaphragm actuator is characterized by a very low wear and requires no special lubrication for its continuous operation. The membrane actuator can be realized with a large diameter range, so that it can cover large force ranges with its help, allowing both very small dimensions and relatively large dimensions.
Die Rückzugsfedereinrichtung entfaltet eine optimale Schutzwirkung bezüglich des Membrankörpers, da sie in jeder axialen Relativposition der Kopfstücke eine den Membrankörper peripher umschließende, vollständig geschlossene Schutzwand bildet. Besonders einfach und effektiv ist dies mittels einer - manchmal auch als Wickelfeder oder Topffeder bezeichneten - sogenannten Evolutfeder realisiert, deren Federwindungen sich unabhängig vom Ausmaß der axialen Extraktion stets in der axialen Richtung überlappen. Beim Auseinanderziehen der Evolutfeder ändert sich lediglich die Überlappungslänge der Federwindungen in der Achsrichtung der Hauptachse. Eine Evolutfeder ist bevorzugt eine spiralförmig gewickelte und dabei quasi axial auseinandergezogene Feder, wobei sich axial benachbarte Windungen stets axial überlappen und insbesondere zugleich radial aneinander anliegen. Man kann eine Evolutfeder auch als Kegelfeder bezeichnen, deren Windungen sich axial überlappen. Die einzelnen Windungen haben insbesondere einen länglichen, bevorzugt rechteckigen Querschnitt, wobei die Querschnitts-Längsachse der Windungen in der axialen Richtung der Feder ausgerichtet ist.The return spring device unfolds an optimal protective effect with respect to the membrane body, since it forms in each axial relative position of the head pieces a membrane body peripherally enclosing, completely closed protective wall. This is achieved in a particularly simple and effective manner by means of a so-called evolute spring, sometimes referred to as a clock spring or pintle spring, whose spring coils always overlap in the axial direction, regardless of the extent of the axial extraction. When pulling apart the Evolutfeder only changes the overlap length of the spring coils in the axial direction of the main axis. An evolute spring is preferably a helically wound spring, which is virtually axially pulled apart, with axially adjacent turns always overlapping axially and, in particular, at the same time resting radially against each other. An evolute spring can also be referred to as a conical spring whose windings overlap axially. In particular, the individual windings have an elongated, preferably rectangular cross-section, the cross-sectional longitudinal axis of the windings being aligned in the axial direction of the spring.
Zweckmäßigerweise eignet sich der mindestens eine Membranaktor der Arbeitsvorrichtung für einen Betrieb sowohl mit Druckgas, hierbei insbesondere mit Druckluft, als auch mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser. Ein weiterer Vorteil des Membranaktors besteht darin, dass er aufgrund der nur geringen Teileanzahl sehr kostengünstig herstellbar ist. Außerdem kann der Membranaktor je nach Einsatzzweck der Arbeitsvorrichtung nicht nur als Antriebselement, sondern insbesondere auch als Pumpelement eingesetzt werden.Conveniently, the at least one membrane actuator of the working device is suitable for operation both with compressed gas, in this case in particular with compressed air, as well as with a pressurized liquid, in particular with water. Another advantage of the diaphragm actuator is that it is very inexpensive to produce due to the low number of parts. In addition, depending on the intended use of the working device, the membrane actuator can be used not only as a drive element but also in particular as a pumping element.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Die Rückzugsfedereinrichtung ist bevorzugt nach Art eines Hohlkörpers ausgebildet und umrahmt peripher einen sich axial erstreckenden Hohlraum, in dem der Membrankörper aufgenommen ist. Insbesondere hat die Rückzugsfedereinrichtung eine Grundstruktur ähnlich eines Hohlzylinders oder Hohlkegelstumpfes. Auf diese Weise ist die Zugkraft der Rückzugsfedereinrichtung symmetrisch in die beiden Kopfstücke einleitbar, sodass selbige nicht verkippen.The return spring device is preferably designed in the manner of a hollow body and surrounds peripherally an axially extending cavity in which the membrane body is received. In particular, the return spring device has a basic structure similar to a hollow cylinder or hollow truncated cone. In this way, the tensile force of the return spring means symmetrically in the two head pieces can be introduced, so selbige not tilt.
Der Membranaktor verfügt zweckmäßigerweise über Anschlagmittel zur klar definierten Vorgabe der Grundstellung der beiden Kopfstücke. Solche Anschlagmittel können unmittelbar von der Rückzugsfedereinrichtung selbst gebildet sein oder aber als separate Komponenten vorhanden sein.The membrane actuator expediently has stop means for clearly defined specification of the basic position of the two head pieces. Such stop means may be formed directly by the return spring device itself or be present as separate components.
Die beiden Kopfstücke und der Membrankörper sind zweckmäßigerweise als voneinander gesonderte Bauteile ausgebildet, so dass sie kostengünstig unabhängig voneinander hergestellt werden können.The two head pieces and the membrane body are expediently designed as separate components, so that they can be inexpensively manufactured independently.
Ein besonders zweckmäßiger Aufbau der Arbeitsvorrichtung sieht vor, dass der mindestens eine Membrankörper derart als Hohlkörper konzipiert ist, dass er ohne Mitwirkung der beiden Kopfstücke den Arbeitsraum begrenzt. Auf diese Weise werden die Kopfstücke zur Definition des Arbeitsraumes nicht benötigt und es erübrigen sich aufwendige, eventuell einem Verschleiß unterliegende Abdichtungsmaßnahmen zwischen dem Membrankörper und den Kopfstücken. Der Membrankörper kann insbesondere nach Art eines Druckkissens zwischen den beiden Kopfstücken angeordnet sein.A particularly expedient design of the working device provides that the at least one membrane body is designed as a hollow body such that it limits the working space without the involvement of the two head pieces. In this way, the head pieces are not needed to define the working space and it is unnecessary consuming, possibly subject to wear Sealing measures between the membrane body and the head pieces. The membrane body may be arranged in particular in the manner of a pressure pad between the two head pieces.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Membrankörper als blasenartiger Hohlkörper ausgebildet, der über eine flexible Membranwand verfügt, die den Arbeitsraum, abgesehen von der Mündungsöffnung des mindestens einen in ihn einmündenden Fluidkanals, ringsum hermetisch dicht begrenzt. Eine solche Ausgestaltung zeichnet sich durch eine zuverlässige Dichtheit ohne spezielle Abdichtungsmaßnahmen aus. Der Membrankörper kann sich mit einander entgegengesetzten Endabschnitten an den beiden Kopfstücken in der Achsrichtung der Hauptachse abstützen, so dass eine drückende Kraftübertragung möglich ist, sowohl bei einem Einsatz als Antriebseinheit als auch bei einem Einsatz als Pumpeinheit. Bevorzugt ist der Membrankörper hierbei ballonförmig, kissenförmig oder topfförmig gestaltet.In an expedient embodiment of the membrane body is formed as a bubble-like hollow body, which has a flexible membrane wall, which limits the working space, apart from the mouth of the at least one opening into it fluid channel, hermetically sealed all around. Such a configuration is characterized by a reliable tightness without special sealing measures. The membrane body can be supported with mutually opposite end portions on the two head pieces in the axial direction of the main axis, so that a pushing force transmission is possible, both when used as a drive unit and when used as a pumping unit. Preferably, the membrane body is hereby designed balloon-shaped, pillow-shaped or pot-shaped.
Bei einer anderen Ausführungsform verfügt der Membrankörper über keine stirnseitigen Wandabschnitte, sondern besitzt lediglich eine sich um die Hauptachse herum erstreckende periphere Membranwand, die an beiden Stirnseiten offen ist, wobei die beiden Kopfstücke für den dichten Abschluss der stirnseitigen Öffnungen des Membrankörpers sorgen.In another embodiment, the membrane body has no end wall portions, but has only one around the main axis extending peripheral membrane wall which is open at both ends, the two head pieces ensure the tight closure of the frontal openings of the membrane body.
Insbesondere bei einer Ausgestaltung als blasenartiger Hohlkörper ist eine einfache Ausgestaltung des Membranaktors dahingehend möglich, dass der Membrankörper an den ihm zugewandten Stirnseiten der beiden Kopfstücke lediglich lose anliegt. Dementsprechend kann sich der Membrankörper optimal an die Kopfstücke anschmiegen, wenn eine Kraftübertragung auftritt.In particular, in one embodiment as a bubble-like hollow body, a simple embodiment of the diaphragm actuator is possible to the effect that the membrane body rests only loosely on the end faces of the two head pieces facing it. Accordingly, the membrane body can optimally cling to the head pieces when a power transmission occurs.
Der Membrankörper kann über eine elastisch dehnbare Membranwand verfügen, die bei Druckbeaufschlagung des Arbeitsraumes eine Dehnung erfährt und sich bei einer Druckentlastung des Arbeitsraumes wieder zusammenzieht. Die Membranwand kann ohne weiteres auch mit einer Stabilisierungsstruktur versehen sein, beispielsweise mit integrierten biegbaren Strangelementen, die eine hohe Zugfestigkeit aufweisen und die insbesondere faserartig ausgebildet sind.The membrane body may have an elastically stretchable membrane wall, which undergoes an expansion upon pressurization of the working space and contracts again at a pressure relief of the working space. The membrane wall may be readily provided with a stabilizing structure, for example, with integrated bendable strand elements, which have a high tensile strength and which are in particular formed fibrous.
Eine optimale Fluidversorgung des Arbeitsraumes ist möglich, wenn der mit dem Arbeitsraum verbundene Fluidkanal durch mindestens ein Kopfstück hindurch verläuft. Beispielsweise kann in einem Kopfstück ein Längenabschnitt eines Fluidkanals ausgebildet sein, der über eine an dem Membrankörper ausgebildete Anschlusstülle hinweg mit dem Arbeitsraum in Fluidverbindung steht.An optimal fluid supply of the working space is possible if the fluid channel connected to the working space passes through at least one head piece. For example, a longitudinal section of a fluid channel may be formed in a head piece, which is in fluid communication with the working space via a connecting sleeve formed on the membrane body.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform der Arbeitsvorrichtung, die eine nicht erfindungsgemäß ausgebildete Rückzugsfedereinrichtung aufweist und die aus einem einzigen Membranaktor besteht, wobei eine aneinander angenäherte Grundstellung der Kopfstücke gezeigt ist,
- 2 die Arbeitsvorrichtung aus 1 im Zustand einer maximal auseinandergefahrenen Stellung der beiden Kopfstücke mit expandiertem Membrankörper und gespannter Rückzugsfedereinrichtung,
- 3 einen Querschnitt durch die Arbeitsvorrichtung aus 1 und 2 gemäß Schnittlinie III-III aus 1,
- 4 eine weitere Ausführungsform der Arbeitsvorrichtung mit wiederum nicht erfindungsgemäß ausgebildeter Rückzugsfedereinrichtung und im Längsschnitt bei Einnahme der Grundstellung,
- 5 die Arbeitsvorrichtung aus 4 in einer auseinandergefahrenen Arbeitsstellung,
- 6 eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Arbeitsvorrichtung im Längsschnitt bei Einnahme der Grundstellung,
- 7 die Arbeitsvorrichtung aus 6 in einer auseinandergefahrenen Arbeitsstellung, und
- 8 eine Ausgestaltung der Arbeitsvorrichtung als Pumpvorrichtung mit zwei als Pumpeinheiten genutzten Membranaktoren.
The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. In this show: - 1 a first embodiment of the working device, which has a non-inventively formed retraction spring device and which consists of a single diaphragm actuator, wherein an approximate basic position of the head pieces is shown,
- 2 the working device off 1 in the state of a maximally extended position of the two head pieces with expanded membrane body and tensioned return spring device,
- 3 a cross section through the working device 1 and 2 according to section line III-III out 1 .
- 4 a further embodiment of the working device with again not inventively designed retraction spring device and in longitudinal section when taking the basic position,
- 5 the working device off 4 in an open working position,
- 6 an embodiment of the working device according to the invention in longitudinal section when taking the basic position,
- 7 the working device off 6 in a divergent working position, and
- 8th an embodiment of the working device as a pumping device with two diaphragm actuators used as pumping units.
Die in der Zeichnung in verschiedenen Ausprägungen illustrierte Arbeitsvorrichtung 1 enthält jeweils mindestens einen Membranaktor 2, wobei die 1 bis 7 Bauformen mit jeweils nur einem einzigen Membranaktor 2 zeigen und die in 8 abgebildete Ausführungsform zwei Membranaktoren 2 enthält.The illustrated in the drawing in various forms working device 1 contains at least one membrane actuator 2 , where the 1 to 7 Designs with only a single membrane actuator 2 show and the in 8th illustrated embodiment two membrane actuators 2 contains.
Die in 1 bis 7 illustrierten Arbeitsvorrichtungen 1 sind als Antriebsvorrichtungen 1a konzipiert, wobei der Membranaktor 2 als Antriebseinheit fungiert. Bei dem Ausführungsbeispiel der 8 ist die Arbeitsvorrichtung 1 als Pumpvorrichtung 1b konzipiert, wobei jeder Membranaktor 2 als Pumpeinheit fungiert.In the 1 to 7 illustrated working devices 1 are as drive devices 1a designed, with the diaphragm actuator 2 acts as a drive unit. In the embodiment of the 8th is the working device 1 as a pumping device 1b designed, each membrane actuator 2 acts as a pumping unit.
Ungeachtet der Ausführungsbeispiele kann eine Antriebsvorrichtung 1a auch mehrere Membranaktoren 2 aufweisen und kann eine Pumpvorrichtung 1b über nur einen einzigen Membranaktor 2 oder über mehr als zwei Membranaktoren 2 verfügen. Eine mit mehreren Membranaktoren 2 ausgestattete Antriebsvorrichtung 1a bildet beispielsweise einen Fluidmotor, bei dem mehrere Membranaktoren gemeinsam auf eine drehbare Abtriebswelle einwirken, um eine Rotationsbewegung dieser Abtriebswelle hervorzurufen. Die Abtriebswelle ist hierbei beispielsweise als Kurbelwelle konzipiert und die mehreren Membranaktoren 2 können beispielsweise nach Art eines Sternmotors rings um die Abtriebswelle herum verteilt angeordnet sein. Andere Verteilungen sind jedoch ebenfalls möglich.Regardless of the embodiments, a drive device 1a also several membrane actuators 2 and may be a pumping device 1b over only a single membrane actuator 2 or more than two membrane actuators 2 feature. One with several membrane actuators 2 equipped drive device 1a forms, for example a fluid motor in which a plurality of diaphragm actuators act together on a rotatable output shaft to cause a rotational movement of said output shaft. The output shaft is designed here as a crankshaft, for example, and the plurality of diaphragm actuators 2 For example, may be distributed around the output shaft in the manner of a radial engine around. Other distributions are also possible.
Der Membranaktor 2 enthält zwei in der Achsrichtung einer gedachten Hauptachse 3 mit Abstand zueinander angeordnete, bevorzugt in sich starre Kopfstücke 4a, 4b, die im Folgenden zur besseren Unterscheidung auch als erstes Kopfstück 4a und zweites Kopfstück 4b bezeichnet werden. Die Kopfstücke 4a, 4b sind zweckmäßigerweise plattenförmig oder scheibenförmig ausgebildet, mit einer zu der Hauptachse 3 rechtwinkeligen Hauptausdehnungsebene. Bevorzugt haben die Kopfstücke 4a, 4b eine runde und insbesondere kreisrunde Außenkontur.The membrane actuator 2 contains two in the axial direction of an imaginary main axis 3 spaced apart, preferably rigid in itself head pieces 4a . 4b , which in the following for better distinction as the first header 4a and second header 4b be designated. The head pieces 4a . 4b are expediently plate-shaped or disc-shaped, with one to the main axis 3 rectangular main extension plane. Preferably have the head pieces 4a . 4b a round and in particular circular outer contour.
Zwischen den beiden Kopfstücken 4a, 4b befindet sich ein flexibler Membrankörper 5. Der Membrankörper 5 hat eine im Folgenden als Membranwand 6 bezeichnete Wandung und begrenzt einen von der Membranwand 6 umschlossenen Arbeitsraum 7. Der Arbeitsraum 7 ist zur Umgebung hin fluiddicht abgetrennt.Between the two head pieces 4a . 4b there is a flexible membrane body 5 , The membrane body 5 has one below as a membrane wall 6 designated wall and limits one of the membrane wall 6 enclosed workspace 7 , The workroom 7 is separated fluid-tight to the environment.
Die Flexibilität des Membrankörpers 5 resultiert bei den Ausführungsbeispielen aus einer Flexibilität der Membranwand 6. Diese Flexibilität ermöglicht eine Verformung des Membrankörpers 5 insbesondere in der Achsrichtung der Hauptachse 3. Die Membranwand 6 kann beispielsweise elastisch dehnbar ausgebildet sein. Sie kann auch mit einer Verstärkungsstruktur ausgestattet sein und kann insbesondere eine in ein gummielastisches Wandmaterial eingebettete flexible Faserstruktur oder Strangstruktur enthalten. Im letztgenannten Fall ist eine Vielzahl von zwar biegbaren, jedoch hoch zugfesten Fasern oder Strängen vorhanden, die der Membranwand 6 bei einer Innendruckbeaufschlagung des Arbeitsraumes 7 ein vorbestimmtes Verformungsverhalten auferlegen.The flexibility of the membrane body 5 results in the embodiments of a flexibility of the membrane wall 6 , This flexibility allows deformation of the membrane body 5 in particular in the axial direction of the main axis 3 , The membrane wall 6 For example, it can be elastically stretchable. It can also be equipped with a reinforcing structure and can in particular contain a flexible fiber structure or strand structure embedded in a rubber-elastic wall material. In the latter case, a plurality of bendable, but highly tensile fibers or strands is present, the membrane wall 6 at an internal pressure of the working space 7 impose a predetermined deformation behavior.
Der Membrankörper 5 greift an jedem Kopfstück 4a, 4b in einer Weise an, dass in der Achsrichtung der Hauptachse 3 eine Übertragung drückender Kräfte zwischen dem Membrankörper 5 und einem jeweiligen Kopfstück 4a, 4b möglich ist. In den Arbeitsraum 7 mündet mindestens ein Fluidkanal 8, durch den hindurch es möglich ist, ein Arbeitsfluid in den Arbeitsraum 7 einzuspeisen oder aus dem Arbeitsraum 7 abzuführen.The membrane body 5 picks up on every head piece 4a . 4b in a way that in the axial direction of the main axis 3 a transmission of pressing forces between the membrane body 5 and a respective header 4a . 4b is possible. In the workroom 7 opens at least one fluid channel 8th through which it is possible to have a working fluid in the working space 7 feed or from the workroom 7 dissipate.
Der im Folgenden auch als axialer Abstand bezeichnete gegenseitige Abstand der beiden Kopfstücke 4a, 4b in der Achsrichtung der Hauptachse 3 korreliert unmittelbar mit dem Ausmaß der in der gleichen Richtung gemessenen axialen Verformung des Membrankörpers 5. Dementsprechend hat der Membrankörper 5 bei aneinander angenäherten Kopfstücken 4a, 4b geringere axiale Abmessungen als wenn die Kopfstücke 4a, 4b einen größeren Abstand zueinander aufweisen.The referred to below as the axial distance mutual distance between the two head pieces 4a . 4b in the axial direction of the main axis 3 correlates directly with the extent of the axial deformation of the membrane body measured in the same direction 5 , Accordingly, the membrane body 5 when approached head pieces 4a . 4b smaller axial dimensions than when the head pieces 4a . 4b have a greater distance from each other.
Bei den als Antriebsvorrichtungen 1a konzipierten Arbeitsvorrichtungen 1 der Ausführungsbeispiele gemäß 1 bis 7 wird der gegenseitige axiale Abstand der beiden Kopfstücke 4a, 4b durch den Befüllungsgrad des Arbeitsraumes 7 beziehungsweise durch den im Arbeitsraum 7 herrschenden Fluiddruck bestimmt. Ausgehend von einer in 1, 4 und 6 illustrierten Grundstellung, in der die beiden Kopfstücke 4a, 4b eine maximal aneinander angenäherte Relativposition zueinander einnehmen, kann durch eine Zufuhr eines unter Überdruck stehenden Arbeitsfluides in den Arbeitsraum 7 eine axial vom jeweils anderen Kopfstück 4b, 4a wegweisende Drückkraft FD auf jedes Kopfstück 4a, 4b ausgeübt werden, mit der Folge, dass die Kopfstücke axial auseinanderfahren und eine vom Füllvolumen des Arbeitsraumes 7 abhängige relative Arbeitsposition zueinander einnehmen, die in 2, 5 und 7 exemplarisch illustriert ist und in der ihr Abstand zueinander größer ist als in der Grundstellung.When the as drive devices 1a designed working devices 1 the embodiments according to 1 to 7 becomes the mutual axial distance of the two head pieces 4a . 4b by the degree of filling of the working space 7 or by the one in the workspace 7 prevailing fluid pressure determined. Starting from a in 1 . 4 and 6 illustrated basic position in which the two head pieces 4a . 4b occupy a maximum relative to each other relative position to each other, can by supplying a pressurized working fluid in the working space 7 an axially from the other head piece 4b . 4a groundbreaking pressing force F D on every head piece 4a . 4b be exercised, with the result that the head pieces move apart axially and one of the filling volume of the working space 7 dependent relative working position to each other in 2 . 5 and 7 is exemplified and in which their distance from each other is greater than in the basic position.
Durch eine Fluidabfuhr aus dem Arbeitsraum 7 lassen sich die Drückkraft FD und das Füllvolumen des Arbeitsraumes 7 bei Bedarf wieder verringern, so dass die beiden Kopfstücke 4a, 4b wieder in ihre maximal aneinander angenäherte Grundstellung zurückkehren können.By a fluid discharge from the working space 7 can be the pressing force F D and the filling volume of the working space 7 Reduce as needed again, leaving the two head pieces 4a . 4b can return to their maximum approximate home position.
Bei einem typischen Einsatzfall ist das erste Kopfstück 4a an einer Tragstruktur fixiert, so dass das zweite Kopfstück 4b durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung des Arbeitsraumes 7 zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten linearen Arbeitsbewegung 9 antreibbar ist, bei der es sich entweder vom ersten Kopfstück 4a entfernt oder sich an das erste Kopfstück 4a annähert.In a typical application, the first header is 4a fixed to a support structure, so that the second head piece 4b by controlled fluid admission of the working space 7 to a direction indicated by a double arrow linear working movement 9 is drivable, either from the first head piece 4a removed or attached to the first head piece 4a approaches.
Um einen Kraftabgriff von dem Membranaktor 2 zu ermöglichen, ist beispielsweise an dem ersten Kopfstück 4a mindestens eine Befestigungsschnittstelle 18 ausgebildet, an der sich eine zu bewegende Komponente insbesondere lösbar befestigen lässt. Eine solche Befestigungsschnittstelle 18 kann alternativ oder zusätzlich auch an dem zweiten Kopfstück 4b vorgesehen sein.To a force tap of the diaphragm actuator 2 is possible, for example, on the first header 4a at least one mounting interface 18 formed, at which a component to be moved can be fastened in particular releasably. Such a mounting interface 18 may alternatively or additionally also on the second head piece 4b be provided.
Die Rückbewegung der Kopfstücke 4a, 4b in die aneinander angenäherte Grundstellung wird durch eine Rückzugsfedereinrichtung 12 aktiv unterstützt. Diese Rückzugsfedereinrichtung 12 ist zwischen den beiden Kopfstücken 4a, 4b angeordnet und greift an jedem Kopfstück 4a, 4b derart an, dass die Kopfstücke 4a, 4b ständig in Richtung der Grundstellung zueinandergezogen werden. Im drucklosen Zustand des Arbeitsraumes 7 wird also die Grundstellung der beiden Kopfstücke 4a, 4b durch die Rückzugsfedereinrichtung 12 gehalten.The return movement of the head pieces 4a . 4b in the approximate basic position is by a return spring device 12 actively supported. This retraction spring device 12 is between the two head pieces 4a . 4b arranged and grips on each head piece 4a . 4b such that the head pieces 4a . 4b constantly pulled towards the basic position. In the pressureless state of the working space 7 So is the basic position of the two head pieces 4a . 4b through the return spring device 12 held.
Ein Vergleich der 1 und 2 sowie der 4 und 5 und ferner der 6 und 7 untereinander zeigt, wie die Rückzugsfedereinrichtung 12 beim Sich-voneinander-Entfernen der Kopfstücke 4a, 4b gespannt wird und dadurch eine verstärkte Rückzugskraft FR aufbaut, durch die die beiden Kopfstücke 4a, 4b ständig in Achsrichtung der Hauptachse 3 zueinandergezogen werden.A comparison of 1 and 2 as well as the 4 and 5 and further the 6 and 7 among themselves, as the return spring means 12 when removing each other from the head pieces 4a . 4b tension and thus a stronger retraction force F R built by the two head pieces 4a . 4b constantly in the axial direction of the main axis 3 be pulled together.
Um die Rückzugswirkung entfalten zu können, ist die Rückzugsfedereinrichtung 12 selbstverständlich in geeigneter Weise an den beiden Kopfstücken 4a, 4b befestigt, wobei geeignete Befestigungsmittel 13 nur in 1, 2, 6 und 7 schematisch angedeutet sind. Die Befestigungsmittel 13 können beispielsweise in Form einer Klemmeinrichtung oder in Form einer Schraubverbindungseinrichtung ausgeführt sein.To be able to deploy the retraction effect, the return spring device 12 of course in a suitable manner on the two headers 4a . 4b fastened, using suitable fasteners 13 only in 1 . 2 . 6 and 7 are indicated schematically. The fasteners 13 can be performed for example in the form of a clamping device or in the form of a screw connection device.
Ein wesentliches Merkmal der Rückzugsfedereinrichtung 12 besteht darin, dass sie außerhalb des Membrankörpers 5 angeordnet ist und den Membrankörper 5 außen in einer zu der Hauptachse 3 koaxialen Anordnung umgibt.An essential feature of the return spring device 12 is that they are outside the membrane body 5 is arranged and the membrane body 5 outside in one to the main axis 3 surrounds coaxial arrangement.
Wenn man die Richtung um die Hauptachse 3 herum als Umfangsrichtung 14 des Membrankörpers 5 bezeichnet, so ist die Rückzugsfedereinrichtung 12 insbesondere so ausgebildet und angeordnet, dass sie den Membrankörper 5 in dessen Umfangsrichtung 14 ununterbrochen umschließt. Es liegen also in der Umfangsrichtung 14 keine Zwischenräume vor.If you look the direction around the main axis 3 around as a circumferential direction 14 of the membrane body 5 denotes, the return spring means 12 in particular designed and arranged so that it the membrane body 5 in its circumferential direction 14 encloses continuously. So it is in the circumferential direction 14 no gaps in front.
Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere dadurch sehr vorteilhaft realisierbar, dass die Rückzugsfedereinrichtung 12, wie dies bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 5 der Fall ist, von einer als Zugfeder eingesetzten Schraubenfeder 15, also einer schraubenwendelförmig strukturierten Feder gebildet ist.Such a configuration can be realized very advantageously, in particular, by virtue of the fact that the return spring device 12 as in the embodiments of the 1 to 5 the case is of a coil spring used as a tension spring 15 , So a helically structured spring is formed.
Eine ebenfalls vorteilhafte Realisierungsform zeigt das Ausführungsbeispiel der 6 und 7, bei dem die Rückzugsfedereinrichtung 12 als Evolutfeder 19 konzipiert ist.A likewise advantageous embodiment shows the embodiment of the 6 and 7 in which the return spring device 12 as an evolutive spring 19 is designed.
In beiden vorgenannten Fällen greift die Rückzugsfedereinrichtung 12 mit ihren beiden einander entgegengesetzten Abschlusswindungen 16a, 16b in einer die Übertragung einer Zugkraft ermöglichenden Weise an jeweils einem der beiden Kopfstücke 4a, 4b an.In both cases mentioned above, the return spring device engages 12 with their two opposite end turns 16a . 16b in a manner enabling the transmission of a traction on each one of the two head pieces 4a . 4b on.
Die Rückzugsfedereinrichtung 12 hat, in Achsrichtung der Hauptachse 3 betrachtet, zweckmäßigerweise eine kreisringförmige Kontur. Da der Membrankörper 5 außen zweckmäßigerweise kreisförmig konturiert ist, lässt sich eine sehr kompakte Koaxialanordnung der Rückzugsfedereinrichtung 12 und des Membrankörpers 5 realisieren, bei der ein zweckmäßigerweise unabhängig vom Betriebszustand ständig zwischen dem Membrankörper 5 und der Rückzugsfedereinrichtung 12 vorhandener radialer Ringspalt 17 sehr klein ist.The return spring device 12 has, in the axial direction of the main axis 3 considered, expediently an annular contour. As the membrane body 5 outside is expediently contoured circular, can be a very compact coaxial arrangement of the return spring means 12 and the membrane body 5 realize in which a suitably regardless of the operating condition constantly between the membrane body 5 and the return spring means 12 existing radial annular gap 17 is very small.
Die Rückzugsfedereinrichtung 12 kann, wie in 1 bis 5 anhand der Schraubenfeder 15 gezeigt, eine hohlzylindrische Grundform haben. Besonders vorteilhaft ist aber auch eine Grundform nach Art eines Hohlkegelstumpfes, wie dies in 6 und 7 in Verbindung mit einer sogenannten Evolutfeder 19 gezeigt ist. In beiden Fällen bildet die Rückzugsfedereinrichtung 12 eine Art Hohlkörper, der einen vom Federinnenraum gebildeten und sich axial erstreckenden Hohlraum umschließt, in dem der Membrankörper 5 angeordnet ist.The return spring device 12 can, as in 1 to 5 based on the coil spring 15 shown to have a hollow cylindrical basic shape. But is also particularly advantageous a basic shape in the manner of a hollow truncated cone, as in 6 and 7 in conjunction with a so-called Evolutfeder 19 is shown. In both cases, the return spring device forms 12 a type of hollow body which encloses a cavity formed by the spring interior and axially extending, in which the membrane body 5 is arranged.
Vorzugsweise ist die Rückzugsfedereinrichtung 12 so konzipiert, dass sie in der Grundstellung der Kopfstücke 4a, 4b derart axial zusammengezogen ist, dass sie eine den Membrankörper 5 radial außen komplett umschließende und vollständig geschlossene Schutzwand bildet. Dieser Effekt ist in 1, 4 und 6 sowie auch dem rechts abgebildeten Membranaktor 2 in 8 gut ersichtlich. Die Rückzugsfedereinrichtung 12 fungiert hier zumindest in der weitestmöglich zueinander gezogenen Grundstellung der beiden Kopfstücke 4a, 4b als eine die flexible und in der Regel gegen äußere Einflüsse empfindliche Membranwand 6 mechanisch abschirmende Schutzwand, so dass es möglich ist, die Arbeitsvorrichtung 1 auch in unwirtlicher Umgebung problemlos einzusetzen.Preferably, the withdrawal spring means 12 designed to be in the home position of the head pieces 4a . 4b is contracted axially so that it is a membrane body 5 radially outside completely enclosing and completely closed protective wall forms. This effect is in 1 . 4 and 6 as well as the membrane actuator shown on the right 2 in 8th clearly visible. The return spring device 12 acts here at least in the widest possible drawn to each other basic position of the two head pieces 4a . 4b as a membrane wall which is flexible and, as a rule, sensitive to external influences 6 mechanically shielding protective wall, so that it is possible the working device 1 easy to use even in inhospitable environments.
Bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 5 ergeben sich im aus der Grundstellung ausgelenkten Zustand der beiden Kopfstücke 4a, 4b schmale Zwischenräume 36 zwischen benachbarten Federwindungen, sodass die von der Rückzugsfedereinrichtung 12 gebildete Schutzwand nicht mehr vollständig geschlossen ist. Diesbezüglich hat eine als Rückzugsfedereinrichtung 12 verwendete Evolutfeder 19 den aus 7 ersichtlichen Vorteil, dass sie in jeder axialen Relativposition der Kopfstücke 4a, 4b eine den Membrankörper 5 peripher umschließende, vollständig geschlossene Schutzwand bildet.In the embodiments of the 1 to 5 arise in the deflected from the basic position state of the two head pieces 4a . 4b narrow spaces 36 between adjacent spring coils so that the return spring means 12 formed protective wall is no longer completely closed. In this regard, one has as Rückzugsfedereinrichtung 12 used Evolutfeder 19 the out 7 apparent advantage that they are in any axial relative position of the head pieces 4a . 4b one the membrane body 5 peripherally enclosing, completely closed protective wall forms.
Die Evolutfeder 19 ist insbesondere aus einem hochkant ausgerichteten, einen flache Querschnitt aufweisenden Federmaterial spiralförmig gewickelt und dabei axial auseinandergezogen, sodass sich eine kegelstumpfähnliche Außenkontur ergibt, wobei sich axial benachbarte Federwindungen jeweils ein stückweit axial überlappen. Man kann daher auch von einer Kegelfeder mit sich axial überlappenden benachbarten Windungen sprechen. Axial benachbarte Windungen liegen zweckmäßigerweise radial aneinander an, sodass keine Zwischenräume vorhanden sind. Wenn sich der gegenseitige Abstand der beiden Kopfstücke 4a, 4b ändert, verändert sich zwar die in Achsrichtung der Hauptachse 3 gemessene Überlappungslänge der benachbarten Federwindungen, jedoch bleibt stets eine Überlappung vorhanden, sodass die von der Rückzugsfedereinrichtung 12 definierte Schutzwand vollständig geschlossen bleibt.The evolute spring 19 is in particular spirally wound from a vertically oriented, a flat cross-section having spring material and thereby axially pulled apart, so that a frustoconical outer contour results, with axially adjacent spring coils overlap one piece at a time axially. One can therefore speak of a conical spring with axially overlapping adjacent turns. Axially adjacent turns are expediently radially against each other, so that no gaps are present. If the mutual distance of the two head pieces 4a . 4b changes, although changes in the axial direction of the main axis 3 measured overlap length of the adjacent spring coils, but there is always an overlap, so that of the return spring means 12 defined protective wall remains completely closed.
Die beiden Kopfstücke 4a, 4b können gemäß 1 bis 5 den gleichen oder aber gemäß 6 und 7 einen unterschiedlichen und insbesondere unterschiedlich großen Umriss haben. Im letzteren Fall besteht die vorteilhafte Möglichkeit, den Membranaktor 2 in Verbindung mit einer sich konisch verjüngenden und insbesondere hohlkegelstumpfförmigen Rückzugsfedereinrichtung 12 insgesamt mit einer sich außen in axialer Richtung konisch verjüngenden Formgebung zu versehen. Beim Ausführungsbeispiel der 6 und 7 verjüngt sich der Membranaktor 2 nach oben hin in Richtung zu dem oben angeordneten zweiten Kopfstück 4b, wobei das zweite Kopfstück 4b einen größeren Durchmesser hat als das unten angeordnete erste Kopfstück 4a. Eine umgekehrte Gestaltung mit sich nach oben hin verjüngendem Membranaktor 2 ist ebenfalls möglich.The two head pieces 4a . 4b can according to 1 to 5 the same or according to 6 and 7 have a different and in particular different sized outline. In the latter case, there is the advantageous possibility of the membrane actuator 2 in conjunction with a conically tapering and in particular hollow frustoconical return spring device 12 overall with a conically tapered outside in the axial direction shaping. In the embodiment of 6 and 7 the diaphragm actuator tapers 2 upward toward the top of the second header 4b , wherein the second head piece 4b has a larger diameter than the bottom arranged first head piece 4a , An inverted design with tapered diaphragm actuator 2 is also possible.
Die maximal aneinander angenäherte Grundstellung der beiden Kopfstücke 4a, 4b kann bei entsprechender Ausgestaltung der Rückzugsfedereinrichtung 12 unmittelbar durch die Rückzugsfedereinrichtung 12 vorgegeben werden. So ergibt sich bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 5 die Grundstellung dadurch, dass die Federwindungen der Schraubenfeder 15 aneinander anliegen, die Schraubenfeder 15 also „auf Block“ zusammengezogen ist. Die Rückzugsfedereinrichtung 12 fungiert hier unmittelbar selbst als Anschlagmittel 37.The maximum approximate basic position of the two head pieces 4a . 4b can with appropriate design of the return spring device 12 directly through the return spring device 12 be specified. Thus, results in the embodiments of 1 to 5 the basic position in that the spring coils of the coil spring 15 abut each other, the coil spring 15 thus contracted "on block". The return spring device 12 acts here directly as a sling 37 ,
Die maximal aneinander angenäherte Grundstellung der beiden Kopfstücke 4a, 4b kann aber auch durch gesonderte Anschlagmittel 37 definiert werden, die insbesondere zwischen den beiden Kopfstücken 4a, 4b wirksam sind (in 6 und 7 strichpunktiert angedeutet). In diesem Zusammenhang illustriert das Ausführungsbeispiel der 6 und 7 mindestens einen innerhalb des von der Evolutfeder 19 umschlossenen Hohlraumes angeordneten Anschlagkörper 37a, der am einen Kopfstück 4a befestigt ist und derart in Richtung zum anderen Kopfstück 4b ragt, dass dieses andere Kopfstück 4b zur Vorgabe der Grundstellung an ihm zur Anlage gelangen kann.The maximum approximate basic position of the two head pieces 4a . 4b but also by separate slings 37 be defined, in particular between the two headers 4a . 4b are effective (in 6 and 7 dash-dotted lines indicated). In this context, the embodiment illustrates the 6 and 7 at least one inside of the Evolutfeder 19 enclosed cavity arranged stop body 37a , the one on the head 4a is fixed and so in the direction of the other head piece 4b sticks out that this other head piece 4b to specify the basic position can reach him to the plant.
Der Anschlagkörper 27a ist beispielsweise ein koaxial zwischen dem Membrankörper 5 und der Rückstellfedereinrichtung 12 platzierter hohlzylindrischer Körper. Der Anschlagkörper 27a kann allerdings auch im Innern des Arbeitsraumes 7 angeordnet sein.The stopper body 27a is for example a coaxial between the membrane body 5 and the return spring means 12 placed hollow cylindrical body. The stopper body 27a but it can also be inside the workroom 7 be arranged.
Die gesonderten Anschlagmittel 37, können bei Bedarf so ausgebildet sein, dass die durch sie vorgebbare Grundstellung variabel einstellbar ist.The separate lifting gear 37 , If necessary, can be designed so that the predetermined by them basic position is variably adjustable.
Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass die Kopfstücke 4a, 4b und der Membrankörper 5 als voneinander gesonderte Bauteile ausgebildet sind. Auf diese Weise ist eine individuelle Materialwahl möglich, wobei für die Kopfstücke 4a, 4b zweckmäßigerweise ein Metall verwendet wird und für das flexible Membranmaterial Gummi oder ein Elastomermaterial.All embodiments have in common that the head pieces 4a . 4b and the membrane body 5 are formed as separate components. In this way, an individual choice of material is possible, with the head pieces 4a . 4b expediently a metal is used and for the flexible membrane material rubber or an elastomeric material.
Die 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform eines Membranaktors 2, bei der der Membrankörper 5 stirnseitig offen ist und der Arbeitsraum 7 lediglich peripher von der Membranwand 6 begrenzt ist. Die stirnseitige Begrenzung des Arbeitsraumes 7 übernehmen hier die beiden Kopfstücke 4a, 4b, an denen der Membrankörper 5 stirnseitig jeweils unter Abdichtung befestigt ist. Das Ausführungsbeispiel der 4 und 5 zeigt ferner, dass der Membrankörper 5 grundsätzlich zylindrisch und insbesondere kreiszylindrisch gestaltet sein kann.The 4 and 5 show an embodiment of a diaphragm actuator 2 in which the membrane body 5 the front side is open and the working space 7 only peripheral to the membrane wall 6 is limited. The frontal boundary of the working space 7 take over the two head pieces here 4a . 4b to which the membrane body 5 each end is secured under sealing. The embodiment of 4 and 5 further shows that the membrane body 5 basically cylindrical and in particular circular cylindrical can be designed.
Eine aus 1 bis 3 sowie 6 und 7 ersichtliche vorteilhafte Ausgestaltung des Membranaktors 2, die auch bei der Pumpvorrichtung 1b der 8 realisiert ist, sieht eine Ausgestaltung des Membrankörpers 5 als Hohlkörper 5 vor, und zwar derart, dass er den Arbeitsraum 7 nicht nur peripher, also nicht nur bezüglich der Hauptachse 3 radial außen begrenzt, sondern auch an den den beiden Kopfstücken 4a, 4b zugewandten Stirnseiten, so dass der Arbeitsraum 7 unabhängig von den Kopfstücken 4a, 4b allein durch den Membrankörper 5 begrenzt ist.One out 1 to 3 and 6 and 7 apparent advantageous embodiment of the diaphragm actuator 2 that also works with the pumping device 1b of the 8th is realized sees an embodiment of the membrane body 5 as a hollow body 5 before, in such a way that he the work space 7 not just peripheral, not just the main axis 3 bounded radially on the outside, but also on the two head pieces 4a . 4b facing end faces, leaving the working space 7 regardless of the head pieces 4a . 4b solely through the membrane body 5 is limited.
Die 1 bis 3 sowie 6 und 7 zeigen, dass die Membranwand 6 des hier vorhandenen Membrankörpers 5 einen peripheren Wandabschnitt 6c und zwei jeweils einem der beiden Kopfstücke 4a, 4b zugeordnete stirnseitige Wandabschnitte 6a, 6b aufweist. Diese Wandabschnitte 6a, 6b, 6c gehen einstückig ineinander über. Die stirnseitigen Wandabschnitte 6a, 6b stützen sich an den einander zugewandten inneren axialen Stirnflächen 21 der beiden Kopfstücke 4a, 4b in der Achsrichtung der Hauptachse 3 ab. Wird der Arbeitsraum 7 mit Druckmedium befüllt, drücken folglich die stirnseitigen Wandabschnitte 6a, 6b gegen die inneren axialen Stirnflächen 21 der beiden Kopfstücke 4a, 4b und schieben diese beiden Kopfstücke 4a, 4b gegen die Rückzugskraft FR der Rückzugsfedereinrichtung 12 auseinander.The 1 to 3 as well as 6 and 7 show that the membrane wall 6 of the membrane body present here 5 a peripheral wall section 6c and two each one of the two head pieces 4a . 4b associated end wall sections 6a . 6b having. These wall sections 6a . 6b . 6c go into each other in one piece. The front wall sections 6a . 6b are supported on the mutually facing inner axial end faces 21 the two head pieces 4a . 4b in the axial direction of the main axis 3 from. Will the work space 7 filled with pressure medium, thus pressing the front wall sections 6a . 6b against the inner axial faces 21 the two head pieces 4a . 4b and push these two head pieces 4a . 4b against the withdrawal force F R the return spring device 12 apart.
Es ist insbesondere in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn der Membrankörper 5 als blasenartiger Hohlkörper ausgebildet ist, dessen Membranwand 6 den Arbeitsraum 7 ringsum hermetisch dicht begrenzt, mit Ausnahme im Bereich der Mündungsöffnung 22, mit der der Fluidkanal 8 in den Arbeitsraum 7 einmündet. Der blasenartige, hohle Membrankörper 5 könnte mit anderen Worten beispielsweise auch als Ballonkörper oder als Kissenkörper umschrieben werden. It is particularly advantageous in this context if the membrane body 5 is designed as a bubble-like hollow body, the membrane wall 6 the workroom 7 hermetically sealed all around except at the mouth 22 with which the fluid channel 8th in the workroom 7 opens. The bubble-like, hollow membrane body 5 In other words, for example, it could also be described as a balloon body or as a pillow body.
Bei den Ausführungsbeispielen der 6 und 7 liegt der Membrankörper 5 mit seinen beiden stirnseitigen Wandabschnitten 6a, 6b jeweils nur lose an der inneren axialen Stirnfläche 21 des jeweils benachbarten Kopfstückes 4a, 4b an. Auf diese Weise können Überbeanspruchungen der flexiblen Membranwand 6 minimiert werden, weil sich der Membrankörper 5 bei seiner Aktivierung und Deaktivierung relativ zu den beiden Kopfstücken 4a, 4b ausrichten kann. Gleichwohl wäre es möglich, mindestens eine Stirnseite des Membrankörpers 5 am zugeordneten Kopfstück 4a oder 4b zu fixieren, beispielsweise durch eine Klebeverbindung.In the embodiments of the 6 and 7 lies the membrane body 5 with its two frontal wall sections 6a . 6b in each case only loosely on the inner axial end face 21 of the respective adjacent head piece 4a . 4b on. In this way, overstressing of the flexible membrane wall can 6 be minimized because of the membrane body 5 at its activation and deactivation relative to the two headers 4a . 4b can align. Nevertheless, it would be possible to have at least one end face of the membrane body 5 on the associated head piece 4a or 4b to fix, for example by an adhesive bond.
Beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 ist der Membrankörper 5 an dem zweiten Kopfstück 4b nicht befestigt, während er am ersten Kopfstück 4a fixiert ist. Diese Fixierung erfolgt mittels eines tüllenartigen oder stutzenartigen Anschlussvorsprunges 23 des Membrankörpers 5, der ein einstückiger Bestandteil der Membranwand 6 ist und der die Mündungsöffnung 22 sowie zumindest einen Längenabschnitt des Fluidkanals 8 definiert. Genauer gesagt setzt sich hier der Fluidkanal 8 aus einem den Anschlussvorsprung 23 durchsetzenden Kanalabschnitt 8a und aus einem das erste Kopfstück 4a durchsetzenden zweiten Kanalabschnitt 8b zusammen, wobei der Anschlussvorsprung 23 in den zweiten Kanalabschnitt 8b eingesteckt ist, der andernends mit einer Anschlussöffnung 24 zu einer Außenfläche des ersten Kopfstückes 4a hin ausmündet.In the embodiment of 1 to 3 is the membrane body 5 on the second header 4b not fastened while on the first head piece 4a is fixed. This fixation is effected by means of a sleeve-like or nozzle-like connection projection 23 of the membrane body 5 which is an integral part of the membrane wall 6 is and the mouth opening 22 and at least a longitudinal portion of the fluid channel 8th Are defined. More precisely, the fluid channel is set here 8th from one the connection projection 23 passing through the channel section 8a and from one the first head piece 4a passing through the second channel section 8b together, with the connection projection 23 in the second channel section 8b is inserted, the other end with a connection opening 24 to an outer surface of the first header 4a opens out.
Somit kann über die Anschlussöffnung 24 hinweg eine Fluideinspeisung und Fluidabfuhr bezüglich des Arbeitsraumes 7 stattfinden, wobei das Arbeitsfluid jeweils durch die beiden Kanalabschnitte 8a, 8b hindurchtritt.Thus, via the connection opening 24 Fluid supply and fluid removal with respect to the working space 7 take place, wherein the working fluid respectively through the two channel sections 8a . 8b passes.
Mittels des Anschlussvorsprunges 23 ist der Membrankörper 5 im Rahmen einer Steckverbindung unter Abdichtung am zugeordneten ersten Kopfstück 4a fixierbar.By means of the connection projection 23 is the membrane body 5 in the context of a plug connection with sealing on the associated first head piece 4a fixable.
Die Rückzugsfedereinrichtung 12 und der Membrankörper 5 sind in ihrer Gestaltung zweckmäßigerweise so aneinander angepasst, dass unabhängig vom Betriebszustand des Membranaktors 2 ein radialer Ringspalt 17 zwischen den vorgenannten Komponenten vorhanden ist und es zu keinem eventuell einen Verschleiß hervorrufenden Kontakt zwischen diesen beiden Komponenten kommt.The return spring device 12 and the membrane body 5 are suitably adapted in their design to each other so that regardless of the operating state of the diaphragm actuator 2 a radial annular gap 17 exists between the aforementioned components and there is no eventual wear-causing contact between these two components.
In 3 ist der periphere Wandabschnitt 6c der Membranwand 6 in zwei Stellungen gezeigt. Die durchgezogenen Linien repräsentieren einen Zustand größeren Durchmessers, der im drucklosen Zustand des Arbeitsraumes 7 vorliegt. Gestrichelt ist die Kontur des peripheren Wandabschnittes 6c illustriert, wie sie bei aktiviertem Membranaktor 2 aufgrund einer axialen Längung des Membrankörpers 5 im Durchmesser verringert ist. In 3 is the peripheral wall section 6c the membrane wall 6 shown in two positions. The solid lines represent a state of larger diameter, in the unpressurized state of the working space 7 is present. Dashed is the contour of the peripheral wall portion 6c illustrates how she works with activated membrane actuator 2 due to axial elongation of the membrane body 5 reduced in diameter.
Die Rückzugsfedereinrichtung 12 besteht insbesondere aus federndem Metall oder aus einem federnden Polymermaterial, insbesondere Kunststoffmaterial.The return spring device 12 consists in particular of resilient metal or of a resilient polymer material, in particular plastic material.
Der Membrankörper 5 kann auch als Faltenbalgkörper ausgebildet sein, mit einer faltenartig strukturierten Membranwand 6.The membrane body 5 can also be designed as a bellows body, with a fold-like structured membrane wall 6 ,
Der Membranaktor 2 kann auch als doppeltwirkend fluidbetätigter Aktor eingesetzt werden, indem der vom Membrankörper 5 begrenzte Arbeitsraum 7 alternativ mit Überdruck oder Unterdruck bzw. Vakuum beaufschlagt wird. Durch den Unterdruck kann die Rückzugswirkung der Rückzugsfedereinrichtung 12 zusätzlich unterstützt werden.The membrane actuator 2 can also be used as a double acting fluid actuated actuator by the membrane body 5 limited work space 7 alternatively with overpressure or vacuum or vacuum is applied. Due to the negative pressure, the retraction effect of the return spring means 12 additionally supported.
Der Membranaktor 2 ist sehr kostengünstig mit nur wenigen Bauteilen realisierbar, beispielsweise mit nur vier Bauteilen. Der Arbeitsraum 7 kann zuverlässig hermetisch dicht gehalten werden, wobei der Verzicht auf dynamische Dichtstellen auch einer Verringerung der Reibung zugutekommt. Der Membranaktor 2 ist mittels einer entsprechend gestalteten Rückzugsfedereinrichtung 12 so ausführbar, dass der Membrankörper 5 von außen her nicht sichtbar ist und stets geschützt ist. Alle Komponenten können kostengünstig spanlos gefertigt werden. In Verbindung mit einer Antriebsvorrichtung 1a kann der Membranaktor 2 vergleichbar einem fluidbetätigten Arbeitszylinder eingesetzt werden, jedoch eignet er sich insbesondere auch zur Verwendung als Stoßdämpfer oder - wie im Folgenden noch näher beschrieben wird - als Verdichter bzw. als Pumpe.The membrane actuator 2 is very cost-effective with only a few components feasible, for example, with only four components. The workroom 7 can be reliably kept hermetically sealed, the waiver of dynamic sealing points also benefits a reduction in friction. The membrane actuator 2 is by means of a correspondingly designed return spring device 12 so executable that the membrane body 5 is not visible from the outside and is always protected. All components can be produced inexpensively without cutting. In conjunction with a drive device 1a can the membrane actuator 2 However, it is particularly suitable for use as a shock absorber or - as will be described in more detail below - as a compressor or as a pump.
Bei der in 8 illustrierten Ausführungsform als Pumpvorrichtung 1b enthält die Arbeitsvorrichtung 1 zwei Membranaktoren 2, die mit paralleler und insbesondere zusammenfallender Hauptachse 3 derart beabstandet zueinander angeordnet sind, dass ihre zweiten Kopfstücke 4b einander zugewandt sind, während sie mit ihren ersten Kopfstücken 4a an einer gemeinsamen Tragstruktur 25 befestigt sind. Die beiden zweiten Kopfstücke 4b können somit jeweils unter Ausführung einer Arbeitsbewegung 9 relativ zu den feststehend an der Tragstruktur 25 angeordneten ersten Kopfstücken 4a bewegt werden.At the in 8th illustrated embodiment as a pumping device 1b contains the working device 1 two membrane actuators 2 , with parallel and especially coincident major axis 3 are spaced apart such that their second head pieces 4b face each other while holding their first head pieces 4a on a common support structure 25 are attached. The two second head pieces 4b can thus each under execution of a working movement 9 relative to the fixed to the support structure 25 arranged first headers 4a to be moved.
Die Membranaktoren 2 der Pumpvorrichtung 1b sind gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 gestaltet, können aber auch jede andere der beschriebenen Ausgestaltungen aufweisen.The membrane actuators 2 the pumping device 1b are according to the embodiment of the 1 to 3 designed, but may also have any other of the described embodiments.
Zwischen den beiden zweiten Kopfstücken 4b sitzt eine an einer Lagerstelle 26 drehbar exzentrisch gelagerte Antriebsscheibe 27, die im Bereich ihres Außenumfanges mit den beiden zweiten Kopfstücken 4b in Eingriff steht. Dieser Eingriff ist mittels einer sich exzentrisch um die Lagerstelle 26 herum erstreckenden Kulissenführung 28 realisiert, in die jeweils ein Mitnehmer 32 in bezüglich der Drehachse radialer Richtung formschlüssig und im Übrigen gleitverschieblich eingreift, der an jeweils einem der beiden zweiten Kopfstücke 4b befestigt ist.Between the two second head pieces 4b one sits at a depository 26 rotatably eccentrically mounted drive pulley 27 in the area of its outer circumference with the two second head pieces 4b engaged. This engagement is by means of an eccentric around the bearing 26 extending around the slotted guide 28 realized, in each case a driver 32 with respect to the axis of rotation radial direction positively and otherwise slidably engages, which in each case one of the two second head pieces 4b is attached.
Die Antriebsscheibe 27 mit ihrer Kulissenführung 28 und die Mitnehmer 32 bilden mechanische Antriebsmittel, durch die die beiden zweiten Kopfstücke 4b zu gegensinnigen Pumpbewegungen antreibbar sind, indem die Antriebsscheibe 27 gemäß Pfeil 33 rotativ angetrieben wird. Für den rotativen Antrieb gemäß Pfeil 33 sorgt exemplarisch ein mit der Antriebsscheibe 27 in Antriebsverbindung stehender Elektromotor 34. Die Pumpbewegung entspricht hier der Arbeitsbewegung 9.The drive pulley 27 with her backdrop guide 28 and the drivers 32 form mechanical drive means through which the two second head pieces 4b are drivable to opposite pumping movements by the drive pulley 27 according to arrow 33 is driven rotationally. For the rotary drive according to arrow 33 provides exemplary with the drive pulley 27 electrically connected drive motor 34 , The pumping movement corresponds here to the working movement 9 ,
An den Fluidkanal 8 jedes Membranaktors 2 sind in Parallelschaltung zwei gegensinnig arbeitende Rückschlagventile 35 angeschlossen, so dass eine Pumpfunktion realisierbar ist, indem im Rahmen der erzeugbaren Pumpbewegung der zweiten Kopfstücke 4b und der daraus resultierenden abwechselnden Vergrößerung und Verringerung des Volumens des Arbeitsraumes 7 ein Fluid durch das jeweils eine Rückschlagventil 35 hindurch angesaugt und durch das gegensinnig arbeitende andere Rückschlagventil 35 hindurch wieder ausgestoßen wird. Auf diese Weise kann ein nicht weiter abgebildeter Druckspeicher gefüllt werden.To the fluid channel 8th every membrane actuator 2 are in parallel two oppositely acting check valves 35 connected, so that a pumping function can be realized by in the context of the producible pumping movement of the second head pieces 4b and the resulting alternating enlargement and reduction of the volume of the working space 7 a fluid through each one check valve 35 sucked through and through the opposite direction other non-return valve 35 is ejected through again. In this way, a not further illustrated pressure accumulator can be filled.
Die Membranaktoren 2 des Ausführungsbeispiels können problemlos mit Durchmessern bis 200 mm ausgestattet werden und erlauben ohne weiteres Hübe zwischen den beiden Kopfstücken 4a, 4b in einer Größenordnung bis zu 100 mm.The membrane actuators 2 of the embodiment can be easily equipped with diameters up to 200 mm and allow easy strokes between the two headers 4a . 4b in the order of up to 100 mm.
Außer als Antrieb oder als Pumpe kann der Membranaktor 2 bei Bedarf auch als Stoßdämpfer mit variablen Stoßdämpfeigenschaften genutzt werden. Die Membranaktoren 2 sind insbesondere für Drücke von 1 bis 3 bar ausgelegt. Da während des Betriebes kaum Reibung auftritt und keine dynamisch abzudichtenden Bereiche vorliegen, ist bei dem Membranaktor 2 eine hohe Lebensdauer zu erwarten. Er lässt sich überdies sehr kostengünstig herstellen. Sein Betrieb erfordert keine Schmierung, so dass er für Einsätze im Pharmabereich, im Lebensmittelbereich und auch im Bereich der Prozessautomatisierung prädestiniert ist. Die Kopfstücke 4a, 4b bestehen zwar zweckmäßigerweise aus Metall, insbesondere aus Edelstahl, können aber ohne weiteres auch aus einem stabilen Polymermaterial hergestellt werden.Except as a drive or as a pump, the diaphragm actuator 2 If required, it can also be used as a shock absorber with variable shock absorption properties. The membrane actuators 2 are designed especially for pressures of 1 to 3 bar. Since there is hardly any friction during operation and there are no regions to be sealed dynamically, the diaphragm actuator is in the 2 to expect a long life. He can also be produced very inexpensively. Its operation requires no lubrication, making it predestined for use in the pharmaceutical, food and process automation sectors. The head pieces 4a . 4b Although suitably made of metal, in particular stainless steel, but can also be readily prepared from a stable polymer material.
Durch die Rückzugsfedereinrichtung 12 ist ein sehr hochfrequenter Betrieb des Membranaktors 2 möglich. Außerdem verfügt der Membranaktor 2 über sehr kompakte Abmessungen, wobei der empfindliche Membrankörper 5 stets gut geschützt von der Rückzugsfedereinrichtung 12 umhüllt ist.By the return spring device 12 is a very high frequency operation of the diaphragm actuator 2 possible. In addition, the membrane actuator has 2 over very compact dimensions, with the sensitive membrane body 5 always well protected by the return spring device 12 is wrapped.
