DE102015120011A1

DE102015120011A1 - Actuator with a linearly displaceable actuator

Info

Publication number: DE102015120011A1
Application number: DE102015120011.2A
Authority: DE
Inventors: Peter Pelz; Philipp Hedrich; Maik Johe
Original assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2017-05-18

Abstract

Bei einem Aktor (1) mit einem linear verlagerbaren Stellglied (11), das mit mindestens einer Kolbenstange (9) linear und axial zur Kolbenstange (9) verlagerbar an einem Grundkörper (2) gelagert ist, wobei die mindestens eine Kolbenstange (9) in einer Kolbenstangenführung (7) gelagert ist, die auf das Stellglied (11) wirkende Querkräfte aufnehmen kann, und wobei das Stellglied (11) mit einem geeigneten Druckfluid (5) verlagert werden kann, indem durch das Druckfluid (5) ein Verlagerungsdruck auf das Stellglied (11) ausgeübt wird, ist das Stellglied (11) über eine flexible Membran (15) beabstandet von der Kolbenstangenführung (7) mit dem Grundkörper (2) verbunden, wobei die Kolbenstange (9) durch eine Aussparung (17) in der Membran (15) ragt und die flexible Membran (15) eine druckfluiddichte Abdichtung eines in dem Grundkörper (2) ausgebildeten Druckfluidraums (4) bildet. Der Druckfluidraum (4) kann eine erste Druckfluidkammer, in welche die Kolbenstange (9) ragt, und eine zweite Druckfluidkammer aufweisen, die durch eine Ausnehmung an einer dem Stellglied (11) zugewandten Oberfläche des Grundkörpers gebildet wird und über mindestens einen Druckfluidkanal mit der ersten Druckfluidkammer in Verbindung steht. Die Membran (15) ist in vorteilhafter Weise mit einem an dem Stellglied (11) festgelegten Stellgliedklemmring (16) längs einer die Aussparung (17) umgebenden inneren Umfangslinie (18) der Membran (15) druckfluiddicht mit dem Stellglied (11) verbunden.In an actuator (1) with a linearly displaceable actuator (11) with at least one piston rod (9) linearly and axially to the piston rod (9) displaceable on a base body (2) is mounted, wherein the at least one piston rod (9) in a piston rod guide (7) is mounted, which can receive transverse forces acting on the actuator (11), and wherein the actuator (11) can be displaced with a suitable pressure fluid (5) by a displacement pressure on the actuator by the pressure fluid (5) (11) is exerted, the actuator (11) via a flexible diaphragm (15) spaced from the piston rod guide (7) with the base body (2), wherein the piston rod (9) through a recess (17) in the membrane ( 15) and the flexible membrane (15) forms a pressure-fluid-tight seal in the base body (2) formed pressure fluid space (4). The pressure fluid chamber (4) can have a first pressure fluid chamber, into which the piston rod (9) protrudes, and a second pressure fluid chamber, which is formed by a recess on a surface of the base body facing the actuator (11) and via at least one pressure fluid channel with the first Pressure fluid chamber is in communication. The membrane (15) is connected in an advantageous manner with an actuator clamping ring (16) fixed to the actuator (11) along an inner peripheral line (18) of the membrane (15) surrounding the recess (17) in a pressure fluid-tight manner to the actuator (11).

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktor mit einem linear verlagerbaren Stellglied, das mit mindestens einer Kolbenstange linear und axial zur Kolbenstange verlagerbar an einem Grundkörper gelagert ist, wobei die mindestens eine Kolbenstange in einer Kolbenstangenführung gelagert ist, die auf das Stellglied wirkende Querkräfte aufnehmen kann, und wobei das Stellglied mit einem geeigneten Druckfluid verlagert werden kann, in dem durch das Druckfluid ein Verlagerungsdruck auf das Stellglied ausgeübt wird. The invention relates to an actuator with a linearly displaceable actuator, which is mounted with at least one piston rod displaceable linearly and axially to the piston rod on a base body, wherein the at least one piston rod is mounted in a piston rod guide which can receive acting on the actuator lateral forces, and wherein the actuator can be displaced with a suitable pressurized fluid in which a displacement pressure is exerted on the actuator by the pressurized fluid.

Aus der Praxis sind zahlreiche Aktoren bekannt, bei denen ein Stellglied, beispielsweise ein Druckstempel, mit einer Kolbenstange axial bzw. in einer durch die Kolbenstange vorgegebenen Richtung verlagerbar an einem Grundkörper gelagert ist. Ein derartiger Aktor bildet in vielen Anwendungsfällen ein Grundelement einer hydraulischen oder pneumatischen Mechanik. Mit Hilfe eines beispielsweise gasförmigen oder flüssigen Druckfluids kann in einem Abstand zu dem Stellglied ein Druck aufgebaut werden, der über geeignete Druckfluidleitungen zu dem Stellglied übertragen werden kann und dessen Verlagerung bewirken kann. From practice numerous actuators are known in which an actuator, such as a plunger, with a piston rod axially or in a predetermined direction by the piston rod is mounted displaceable on a base body. Such an actuator forms in many applications a basic element of a hydraulic or pneumatic mechanism. With the aid of a gaseous or liquid pressurized fluid, for example, a pressure can be built up at a distance from the actuator, which pressure can be transmitted to the actuator via suitable pressurized fluid conduits and can cause its displacement.

Um das Stellglied gegen Querkräfte abstützen zu können, die bei einer Betätigung des Stellglieds oftmals unvermeidbar auftreten und bei einigen Anwendungen absichtlich in Kauf genommen oder bewusst erwartet, beziehungsweise vorgesehen sind, kann die Kolbenstange in einer geeignet ausgestalteten Kolbenstangenführung gelagert sein. Die Kolbenstangenführung kann ein geeignetes Führungselement wie beispielsweise eine Buchse aufweisen, die passgenau an die Kolbenstange angepasst ist und sich in axialer Richtung über eine ausreichend große Länge erstreckt, um eine zuverlässige Führung der Kolbenstange und eine ausreichende Aufnahme von Querkräften zu ermöglichen. In order to support the actuator against transverse forces that often unavoidably occur during actuation of the actuator and deliberately accepted in some applications or deliberately expected or provided, the piston rod may be mounted in a suitably designed piston rod guide. The piston rod guide may comprise a suitable guide element, such as a bushing, which is fitted snugly to the piston rod and extends in the axial direction over a sufficiently long length to allow reliable guidance of the piston rod and sufficient absorption of transverse forces.

Bei einem derartigen Aktor mit einem Stellglied, das über eine axial geführte Kolbenstange an einem Grundkörper gelagert ist, ist eine geeignete Abdichtung des verlagerbaren Stellglieds zu einem in dem Grundkörper ausgebildeten Druckfluidraum von oftmals wesentlicher Bedeutung. Eine geeignete Abdichtung soll über eine lange Nutzungsdauer hinweg verhindern, dass das Druckfluid unbeabsichtigt aus dem Druckfluidraum und aus dem Aktor austreten kann. Die Abdichtung sollte jedoch die Verlagerung der Kolbenstange und des Stellglieds nicht übermäßig behindern und auch bei einer häufigen Nutzung und Beanspruchung der Abdichtung eine gleichbleibende Dichtwirkung aufweisen. In such an actuator with an actuator which is mounted on a base body via an axially guided piston rod, a suitable sealing of the displaceable actuator to a formed in the body pressure fluid space is often essential. Proper sealing should prevent over a long period of use that the pressurized fluid may inadvertently escape from the pressurized fluid space and out of the actuator. However, the seal should not obstruct the displacement of the piston rod and the actuator excessively and have a consistent sealing effect even with frequent use and stress of the seal.

Zu diesem Zweck werden üblicherweise Ringdichtungen verwendet, die an der Kolbenstangenführung angeordnet sind und die Kolbenstange konzentrisch eng anliegend und abdichtend umgeben. Die in vielen Fällen aus einem geeigneten Elastomer hergestellte Ringdichtung kann an einem dem Stellglied zugewandten Ende der Kolbenstangenführung angeordnet sein und eine sich an die Kolbenstange anschmiegende umlaufende Dichtlippe aufweisen. For this purpose, usually ring seals are used, which are arranged on the piston rod guide and concentrically surrounding the piston rod tightly and sealingly. The ring seal, which in many cases is made of a suitable elastomer, may be arranged on an end of the piston rod guide facing the actuator and may have a circumferential sealing lip conforming to the piston rod.

Die Ringdichtung kann auch als Abstreifdichtung ausgebildet sein, um ein zusätzlich als Schmiermittel in der Kolbenstangenführung verwendetes Druckfluid an einer Mantelfläche der Kolbenstange abzustreifen, wenn diese durch die Ringdichtung hindurch verlagert wird. The ring seal can also be designed as a wiper seal in order to strip off a pressure fluid additionally used as lubricant in the piston rod guide on a lateral surface of the piston rod when it is displaced through the ring seal.

Derartige Ringdichtungen sind in vielfältiger Ausgestaltung bekannt und haben sich in der Praxis bewährt. Derartige Aktoren werden beispielsweise in DD 270 951 A1 , DE 197 13 784 A1 oder DE 100 26 360 A1 beschrieben. Es wird jedoch als unbefriedigend angesehen, dass derartige Ringdichtungen Prinzip bedingt einer großen Reibung ausgesetzt sind und insbesondere bei kurzhubigen Bewegungen ein hoher Verschleiß auftritt. Zudem tritt bei derartigen Aktoren oftmals eine nicht unerhebliche Leckage des Druckfluids auf. Aus diesen Gründen kann mit zunehmender Nutzungsdauer die Betätigung und Wirkung des Aktors beeinträchtigt werden. Such ring seals are known in many ways and have proven themselves in practice. Such actuators are used for example in DD 270 951 A1 . DE 197 13 784 A1 or DE 100 26 360 A1 described. However, it is considered unsatisfactory that such ring seals principle are exposed to a large friction and especially in short-stroke movements high wear occurs. In addition, occurs in such actuators often a significant leakage of the pressurized fluid. For these reasons, the operation and effect of the actuator can be affected with increasing service life.

Es wird als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, einen Aktor mit einem axial verlagerbaren Stellglied gemäß der eingangsgenannten Gattung so auszugestalten, dass über eine lange Nutzungsdauer und auch bei einer hohen mechanischen Beanspruchung eine zuverlässige Abdichtung des in einer Kolbenstangenführung linear verlagerbar geführten Stellglieds ermöglicht wird. Der Aktor sollte zudem möglichst reibungsarm betrieben werden können und bei einer kompakten Bauweise für kurzhubige Bewegungen geeignet sein. It is regarded as an object of the present invention, an actuator with an axially displaceable actuator according to the aforementioned type in such a way that over a long service life and even at high mechanical stress, a reliable sealing of the piston rod guide linearly displaceable guided actuator is made possible. The actuator should also be able to operate as low as possible friction and be suitable for short-stroke movements in a compact design.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Stellglied über eine flexible Membran beabstandet von der Kolbenstangenführung mit dem Grundkörper verbunden ist, dass die Kolbenstange durch eine Aussparung in der Membran ragt und dass die flexible Membran eine druckfluiddichte Abdichtung eines in dem Grundkörper ausgebildeten Druckfluidraums bildet. Anstelle einer im Bereich der Kolbenstangenführung an der Kolbenstangenführung oder an dem Grundkörper festgelegten Ringdichtung wird eine flexible Membran als druckfluiddichte Abdichtung verwendet. Die flexible Membran umgibt die Kolbenstange und verbindet das Stellglied mit dem Grundkörper. Die Kolbenstange des Aktors kann vollständig von dem Druckfluid umgeben sein und muss nicht gesondert abgedichtet sein oder aus einem mit geeigneten Mitteln abgedichteten Druckfluidraum herausragen. Das Stellglied kann eine große Grundfläche aufweisen und längs eines Umfangsrandes der Grundfläche über die Membran seitlich mit dem Grundkörper verbunden sein. Die Membran kann sowohl an dem Stellglied als auch an dem Grundkörper mit geeigneten konstruktiven Mitteln mechanisch fest und dauerhaft festgelegt sein. Durch die Verwendung der an beiden Seiten druckfluiddicht befestigten Membran kann ein unerwünschter Austritt des Druckfluids aus dem Druckfluidraum zuverlässig verhindert werden. This object is achieved in that the actuator is connected via a flexible membrane spaced from the piston rod guide to the base body that the piston rod protrudes through a recess in the membrane and that the flexible membrane forms a pressure fluid-tight seal formed in the body pressure fluid space. Instead of a fixed in the piston rod guide on the piston rod guide or on the main body ring seal a flexible membrane is used as a pressure fluid-tight seal. The flexible membrane surrounds the piston rod and connects the actuator to the body. The piston rod of the actuator may be completely surrounded by the pressurized fluid and need not be separately sealed or protrude from a pressure fluid space sealed by suitable means. The actuator may have a large footprint and along a peripheral edge of the base over the membrane laterally connected to the body. The membrane can be fixed mechanically and permanently both on the actuator and on the base body with suitable structural means. By using the pressure fluid-tightly attached to both sides membrane unwanted leakage of the pressurized fluid from the pressure fluid space can be reliably prevented.

Die Membran kann aus einem geeigneten flexiblen oder elastischen Material bestehen, um einerseits eine durch eine Auslenkung des Stellglieds erzwungene Verformung nicht übermäßig zu behindern und andererseits hohen Druckfluiddrücken Stand halten zu können. Durch die Verwendung der Membran ist es nicht erforderlich, eine Dichtung mit einer Dichtlippe oder eine elastische Ringdichtung vorzusehen, deren Dichtwirkung mit zunehmender Nutzungsdauer abnimmt. The membrane may be made of a suitable flexible or elastic material so as not to obstruct excessively a deformation induced by a deflection of the actuator and, on the other hand, to be able to withstand high pressure fluid pressures. By using the membrane, it is not necessary to provide a seal with a sealing lip or an elastic ring seal whose sealing effect decreases with increasing service life.

Die Membran kann jeweils mit dem Stellglied, bzw. mit dem umgebenden Grundkörper verklebt oder verschweißt sein. Es ist ebenfalls möglich, die Membran jeweils durch geeignete Befestigungsmittel kraft- oder formschlüssig festzulegen, beispielsweise mit Hilfe geeigneter Klemmelemente klemmend an dem Stellglied oder an dem Grundkörper befestigt sein. The membrane can be adhesively bonded or welded to the actuator or to the surrounding base body. It is also possible, force-fitting or form-fitting to fix the membrane by suitable fasteners, for example, by means of suitable clamping elements clamped to the actuator or attached to the body.

Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass die mindestens eine Kolbenstange in den Druckfluidraum ragt. Wird das Druckfluid mit einem Verlagerungsdruck beaufschlagt, wirkt dieser Verlagerungsdruck auf die in den Druckfluidraum ragende Kolbenstange und bewirkt eine Verlagerung der Kolbenstange aus dem Druckfluidraum heraus. According to an embodiment of the inventive concept, it is provided that the at least one piston rod protrudes into the pressure fluid space. If the pressure fluid is subjected to a displacement pressure, this displacement pressure acts on the piston rod projecting into the pressure fluid space and causes a displacement of the piston rod out of the pressure fluid space.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass der Druckfluidraum eine erste Druckfluidkammer aufweist, in welche die Kolbenstange ragt, und eine zweite Druckfluidkammer ausweist, die an einer dem Stellglied zugewandten Oberfläche des Grundkörpers ausgebildet ist. Die zweite Druckfluidkammer wird nicht nur von dem Grundkörper, sondern auch durch das Stellglied und die daran anschließende Membran begrenzt und abgedichtet. Bei einer Druckbeaufschlagung des in der zweiten Druckfluidkammer befindlichen Druckfluids übt das Druckfluid auf das Stellglied einen Druck aus, wodurch ein hoher Verlagerungsdruck unmittelbar auf das Stellglied ausgeübt werden kann. Durch die großflächige Erzeugung des auf das Stellglied einwirkenden Verlagerungsdrucks können die auf die Kolbenstange und auf das Stellglied wirkenden Kräfte angepasst und gleichmäßiger, bzw. besser verteilt werden, um eine lange und zuverlässige Nutzung des Aktors zu begünstigen. According to a particularly advantageous embodiment of the inventive concept it is provided that the pressure fluid chamber has a first pressure fluid chamber into which projects the piston rod, and a second pressure fluid chamber identifies, which is formed on a surface of the base body facing the actuator. The second pressure fluid chamber is bounded and sealed not only by the main body but also by the actuator and the adjoining diaphragm. Upon pressurization of the pressure fluid in the second pressure fluid chamber, the pressure fluid exerts pressure on the actuator, whereby a high displacement pressure can be exerted directly on the actuator. Due to the large-scale generation of the displacement pressure acting on the actuator, the forces acting on the piston rod and on the actuator can be adapted and distributed more uniformly, or better, in order to favor a long and reliable use of the actuator.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die zweite Druckfluidkammer über mindestens einen Druckfluidkanal mit der ersten Druckfluidkammer in Verbindung steht. Durch die Verbindung der ersten Druckfluidkammer und der zweiten Druckfluidkammer über mindestens einen Druckfluidkanal kann sichergestellte werden, dass sowohl auf die Kolbenstange als auch auf das Stellglied ein gleichgroßer Verlagerungsdruck ausgeübt wird. Es ist ebenfalls möglich, entweder durch gesonderte Druckfluidzuführungen oder durch eine geeignete Ausgestaltung des mindestens einen Druckfluidkanals eine zumindest zeitweilig unterschiedliche Druckverteilung zwischen der ersten Druckfluidkammer und der zweiten Druckfluidkammer zu bewirken. It is preferably provided that the second pressure fluid chamber communicates with the first pressure fluid chamber via at least one pressure fluid channel. By connecting the first pressure fluid chamber and the second pressure fluid chamber via at least one pressure fluid channel, it can be ensured that an equally large displacement pressure is exerted both on the piston rod and on the actuator. It is likewise possible to effect an at least temporarily different pressure distribution between the first pressure fluid chamber and the second pressure fluid chamber either by separate pressure fluid feeds or by a suitable design of the at least one pressure fluid channel.

Die Membran kann beispielsweise längs einer Umfangslinie an dem Stellglied verklebt sein. Um eine zuverlässige Festlegung der Membran mit dem Stellglied zu erleichtern ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Membran mit einem an dem Stellglied festgelegten Stellgliedklemmring längs einer die Aussparung der Membran umgebenden inneren Umfangslinie druckfluiddicht mit dem Stellglied verbunden ist. Der Stellgliedklemmring kann beispielsweise mittels beabstandet voneinander angeordneten Klemmschrauben an dem Stellglied festgelegt werden und die Membran klemmend zwischen dem Stellglied und dem Stellgliedklemmring einzwängen und an dem Stellglied befestigen. Es ist ebenfalls denkbar, dass der Stellklemmring längs einer inneren Umfangslinie des Stellgliedklemmrings mit dem Stellglied verklebt oder verschweißt ist und längs einer äußeren Umfangslinie des Stellgliedklemmrings die Membran klemmend aufnimmt. The membrane may, for example, be glued along a circumferential line on the actuator. In order to facilitate a reliable fixing of the membrane with the actuator is preferably provided that the membrane is connected in a pressure fluid tight with the actuator with an actuator clamping ring fixed to the actuator along an inner peripheral line surrounding the recess of the diaphragm. The actuator clamping ring can be fixed to the actuator, for example, by means of clamping screws spaced apart from one another and clamp the diaphragm between the actuator and the actuator clamping ring clamped and fastened to the actuator. It is also conceivable that the Stellklemmring is glued or welded along an inner circumferential line of the actuator clamping ring with the actuator and along an outer circumferential line of the Stellgliedklemmrings the membrane receives clamping.

In gleicher Weise kann vorgesehen sein, dass die Membran mit einem an dem Grundkörper festgelegten Grundkörperklemmring längs einer äußeren Umfangslinie der Membran druckfluiddicht mit dem Grundkörper verbunden ist. Der Grundkörperklemmring kann beabstandet von der Kolbenstangenführung an dem Grundkörper angeordnet und konstruktiv unabhängig von der Kolbenstangenführung ausgestaltet sein. Bei der Ausgestaltung der Kolbenstangenführung muss demzufolge keinerlei Rücksicht auf die druckfluiddichte Abdichtung des Stellglieds mit der Membran genommen werden. Die Kolbenstangenführung und damit die Aufnahme von auf das Stellglied einwirkenden Querkräften können unabhängig von der jeweiligen Abdichtung ausgestaltet und vorgegeben sein. In the same way it can be provided that the membrane is connected in a pressure fluid-tight manner to the base body with a base body clamping ring fixed to the base body along an outer circumferential line of the membrane. The basic body clamping ring can be arranged at a distance from the piston rod guide on the base body and configured structurally independently of the piston rod guide. Consequently, in the design of the piston rod guide, no consideration must be given to the pressure-fluid-tight seal of the actuator with the diaphragm. The piston rod guide and thus the absorption of transverse forces acting on the actuator can be configured and predetermined independently of the respective seal.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Kolbenstangenführung der mindestens einen Kolbenstange eine Führungsbuchse aufweist. Die Führungsbuchse kann gesondert von dem Grundkörper aus einem anderen Material hergestellt sein, um beispielsweise als einteiliges Gleitlager für die Kolbenstange zu dienen. Um ausreichend hohe Querkräfte aufnehmen zu können ist die Führungsbuchse zweckmäßigerweise aus einem Metall, aus einem gehärteten Stahl oder aus Keramik hergestellt. Es ist ebenfalls möglich, die Führungsbuchse aus einem geeigneten Kunststoffmaterial wie beispielsweise Polyoxymethylen (POM) herzustellen. Die Führungsbuchse kann zusätzlich eine die Gleiteigenschaften begünstigende oder eine möglichst abriebfeste Beschichtung aufweisen. It is preferably provided that the piston rod guide of the at least one piston rod has a guide bush. The guide bushing may be made separately from the base body of a different material, for example, to serve as a one-piece sliding bearing for the piston rod. To sufficiently high To be able to absorb transverse forces, the guide bush is expediently made of a metal, of a hardened steel or of ceramic. It is also possible to manufacture the guide bushing from a suitable plastic material such as polyoxymethylene (POM). The guide bushing may additionally have a coating which promotes the sliding properties or has a coating which is as abrasion-resistant as possible.

Es ist ebenfalls denkbar, dass die Führungsbuchse teilweise, bzw. abschnittsweise oder vollständig aus einem geeigneten Elastomermaterial hergestellt ist, um zusätzlich zur Führung der Kolbenstange eine schwingungsdämpfende Wirkung auszuüben. It is also conceivable that the guide bush is partially, or partially or completely made of a suitable elastomeric material, in addition to the leadership of the piston rod to exert a vibration-damping effect.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das Stellglied mit zwei Kolbenstangen oder mit mehr als zwei Kolbenstangen axial verlagerbar an dem Grundkörper gelagert ist. Durch die Lagerung des Stellglieds über zwei oder mehr Kolbenstangen können hohe Querkräfte, die während des Betriebs des Aktors auf das Stellglied einwirken können, zuverlässig aufgenommen werden. Zudem ist mit zwei oder mehr Kolbenstangen eine gegebenenfalls gewünschte verdrehsichere Anordnung und eindeutige Ausrichtung des Stellglieds an dem Grundkörper vorgebbar. Durch die Verwendung mehrerer Kolbenstangen mit jeweils einem geringeren Durchmesser im Vergleich zu einer einzelnen Kolbenstange mit einem großen Durchmesser kann eine besonders kompakte Bauweise ermöglicht und beispielsweise ein vorgegebener Bauraum für den Aktor besser ausgenutzt werden. According to a particularly advantageous embodiment of the inventive concept, it is provided that the actuator is mounted with two piston rods or with more than two piston rods axially displaceable on the base body. Due to the bearing of the actuator via two or more piston rods high lateral forces that can act on the actuator during operation of the actuator can be reliably absorbed. In addition, with two or more piston rods an optionally desired rotation-proof arrangement and clear alignment of the actuator can be specified on the body. By using a plurality of piston rods, each having a smaller diameter compared to a single piston rod with a large diameter, a particularly compact design allows and, for example, a given space for the actuator can be better utilized.

Da die Membran sowohl eine Kolbenstange als auch zwei oder mehr Kolbenstangen umgeben und dadurch das Stellglied an dem Grundkörper abdichten kann, wird bei der Verwendung von zwei oder mehr Kolbenstangen kein zusätzlicher konstruktiver Aufwand für die Abdichtung einzelner Kolbenstangen erforderlich. Since the membrane surrounding both a piston rod and two or more piston rods and thereby seal the actuator to the body, no additional design effort for the sealing of individual piston rods is required when using two or more piston rods.

Das Druckfluid kann bei einer geeigneten Ausgestaltung der Kolbenstangenführung als Schmiermittel in der Kolbenstangenführung verwendet werden, um eine möglichst reibungsarme Verlagerung der Kolbenstange in der Kolbenstangenführung über eine lange Nutzungsdauer zu begünstigen. The pressurized fluid can be used in a suitable embodiment of the piston rod guide as a lubricant in the piston rod guide to promote a low-friction displacement of the piston rod in the piston rod guide over a long service life.

Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, dass die mindestens eine Kolbenstange außerhalb des Stellglieds vollständig in dem Druckfluidraum angeordnet ist. Zusätzlich kann auch die Kolbenstangenführung zumindest mit einem die Kolbenstange führenden Kontaktbereich vollständig in dem Druckfluidraum angeordnet sein. Die Kolbenstange kann dadurch vollständig von dem Druckfluid umgeben sein, welches gleichzeitig als Schmiermittel dient, so dass alle relevanten Kontaktflächen der mindestens einen Kolbenstange während der Nutzung des Aktors geschmiert werden und Reibungseffekte verringert werden. For this purpose, it is advantageous that the at least one piston rod outside of the actuator is arranged completely in the pressure fluid space. In addition, the piston rod guide can also be arranged completely in the pressure fluid space, at least with a contact region leading the piston rod. The piston rod can thereby be completely surrounded by the pressure fluid, which also serves as a lubricant, so that all relevant contact surfaces of the at least one piston rod are lubricated during use of the actuator and friction effects are reduced.

Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens näher erläutert, die exemplarisch in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt: Various embodiments of the inventive concept will be explained in more detail below, which are shown by way of example in the drawing. It shows:

1 eine Draufsicht auf einen Aktor mit einem Stellglied, das mit einer Kolbenstange axial verlagerbar an einem Grundkörper gelagert ist, 1 a top view of an actuator with an actuator which is mounted with a piston rod axially displaceable on a base body,

2 eine Schnittansicht des in 1 gezeigten Aktors längs einer Linie II-II in 1, wobei sich das Stellglied in einer nicht ausgelenkten Ausgangsposition befindet, 2 a sectional view of the in 1 shown actuator along a line II-II in 1 , wherein the actuator is in a non-deflected starting position,

3 eine Schnittansicht gemäß 2, wobei sich das Stellglied in einer ausgelenkten Verstellposition befindet, 3 a sectional view according to 2 , wherein the actuator is in a deflected adjustment position,

4 eine perspektivische Ansicht eines abweichend ausgestalteten Aktors, 4 a perspective view of a differently designed actuator,

5 eine Stirnansicht des in 4 dargestellten Aktors, 5 an end view of the in 4 represented actuator,

6 eine Schnittansicht des in den 4 und 5 dargestellten Aktors längs der Linie VI-VI in 5, wobei sich das Stellglied in einer nicht ausgelenkten Ausgangsposition befindet, 6 a sectional view of the in the 4 and 5 shown actuator along the line VI-VI in 5 , wherein the actuator is in a non-deflected starting position,

7 eine Schnittansicht gemäß 6, wobei sich das Stellglied in einer ausgelenkten Verstellposition befindet, 7 a sectional view according to 6 , wherein the actuator is in a deflected adjustment position,

8 der in den 4 bis 7 dargestellte Aktor, wobei dessen einzelnen Komponenten in auseinandergezogener Darstellung gezeigt sind, 8th in the 4 to 7 shown actuator, wherein the individual components are shown in exploded view,

9 eine Seitenansicht eines wiederum abweichend ausgestalteten Aktors mit kolbenförmig angeordneten radial auslenkbaren Stellgliedern, der beispielsweise in einer Luftfeder zur Verstellung eines Abrollkolbendurchmessers für die Verstellung einer Tragfläche eingesetzt werden kann, wobei die radial verlagerbaren Stellglieder sich in einer nicht ausgelenkten Ausgangsposition befinden, 9 a side view of a turn deviating designed actuator with piston-shaped radially deflectable actuators, which can be used for example in an air spring for adjusting a Abrollkolbendurchmessers for the adjustment of a wing, the radially displaceable actuators are in a non-deflected starting position,

10 eine Seitenansicht des in 9 gezeigten Aktors, wobei die einzelnen Stellglieder radial ausgelenkt sind und sich in einer ausgelenkten Verstellposition befinden, 10 a side view of the in 9 shown actuator, wherein the individual actuators are radially deflected and are in a deflected adjustment position,

11 eine Draufsicht auf den in den 9 und 10 dargestellten Aktor, 11 a plan view of the in the 9 and 10 represented actuator,

12 eine Schnittansicht des in den 9 bis 11 gezeigten Aktors längs einer Linie XII-XII in 11, wobei die radial auslenkbaren Stellglieder nicht ausgelenkt sind und sich in einer Ausgangsposition befinden, und 12 a sectional view of the in the 9 to 11 shown actuator along a line XII-XII in 11 , wherein the radially deflectable actuators are not deflected and are in an initial position, and

13 eine Schnittansicht gemäß 12, wobei die einzelnen Stellglieder radial ausgelenkt sind und sich in einer Verstellposition befinden. 13 a sectional view according to 12 wherein the individual actuators are radially deflected and are in an adjustment position.

Ein in den 1 bis 3 schematisch dargestellter Aktor 1 weist einen näherungsweise quaderförmig ausgestalteten Grundkörper 2 auf. Der an einer Stirnseite 3 offene Grundkörper 2 umgibt einen ebenfalls näherungsweise quaderförmigen Druckfluidraum 4, in dem sich ein gasförmiges oder flüssiges Druckfluid 5 befindet. Das Druckfluid 5 kann über eine Öffnung 6 in den Grundkörper 2 eingefüllt und mit einem Druck beaufschlagt werden. One in the 1 to 3 schematically illustrated actuator 1 has an approximately cuboid-shaped basic body 2 on. The one on a front side 3 open body 2 surrounds a likewise approximately cuboid pressure fluid space 4 in which there is a gaseous or liquid pressure fluid 5 located. The pressurized fluid 5 can have an opening 6 into the main body 2 filled and pressurized.

In dem Druckfluidraum 4 ist beabstandet zu der Stirnseite 3 eine Kolbenstangenführung 7 angeordnet. Die Kolbenstangenführung 7 weist eine mittig angeordnete Führungsbuchse 8 auf. In der Führungsbuchse 8 ist eine Kolbenstange 9 axial verlagerbar aufgenommen. An einem aus dem Druckfluidraum 4 über die Stirnseite 3 hinausragenden Stellgliedende 10 der Kolbenstange 9 ist ein plattenförmiges Stellglied 11 mit einer näherungsweise rechteckförmigen Grundfläche an der Kolbenstange 9 festgelegt. Das Stellglied 11 ist hinsichtlich seiner Abmessungen an den Druckfluidraum 4 des Grundkörpers 2 angepasst, wobei zwischen einem äußeren Umfangsrand 12 des Stellglieds 11 und einem inneren Umfangsrand 13 einer stirnseitigen Öffnung 14 des Druckfluidraums 4 in dem Grundkörper 2 ein umlaufender Spalt ausgebildet ist. In the pressure fluid space 4 is spaced from the front 3 a piston rod guide 7 arranged. The piston rod guide 7 has a centrally located guide bush 8th on. In the guide bush 8th is a piston rod 9 axially displaceable added. At one of the pressure fluid space 4 over the front side 3 protruding actuator end 10 the piston rod 9 is a plate-shaped actuator 11 with an approximately rectangular base on the piston rod 9 established. The actuator 11 is in terms of its dimensions to the pressure fluid space 4 of the basic body 2 adapted, wherein between an outer peripheral edge 12 of the actuator 11 and an inner peripheral edge 13 a frontal opening 14 of the pressure fluid space 4 in the main body 2 a circumferential gap is formed.

Das Stellglied 11 ist über eine flexible Membran 15 im Bereich der Stirnseite 3 mit dem Grundkörper 2 verbunden. Die flexible Membran 15 bildet dabei eine Begrenzung und druckfluiddichte Abdichtung des Druckfluidraums 4 in dem Grundkörper 2. Zu diesem Zweck ist die flexible Membran 15 mit einem Stellgliedklemmring 16 längs des äußeren Umfangsrands 12 klemmend an dem Stellglied 11 festgelegt. Die flexible Membran 15 weist dabei eine mittige Aussparung 17 auf, durch welche die Kolbenstange 9 hindurch ragt. Der Stellgliedklemmring 16 klemmt die Membran 15 längs einer die Aussparung 17 umgebenden inneren, bzw. der Aussparung 17 zugewandten Umfangslinie 18 die Membran 15 an dem Stellglied 11 fest. Längs einer der inneren Aussparung 17 abgewandten äußeren Umfangslinie 18‘ der Membran 15 ist die Membran 15 mit einem Grundkörperklemmring 19 an der Stirnseite 3 des Grundkörpers 2 festgelegt. The actuator 11 is via a flexible membrane 15 in the area of the front side 3 with the main body 2 connected. The flexible membrane 15 forms a boundary and pressure fluid-tight seal of the pressure fluid space 4 in the main body 2 , For this purpose, the flexible membrane 15 with an actuator clamping ring 16 along the outer peripheral edge 12 clamped to the actuator 11 established. The flexible membrane 15 has a central recess 17 on, through which the piston rod 9 protrudes through. The actuator clamping ring 16 clamps the membrane 15 along one the recess 17 surrounding inner, or the recess 17 facing perimeter 18 the membrane 15 on the actuator 11 firmly. Along one of the inner recess 17 remote outer circumferential line 18 ' the membrane 15 is the membrane 15 with a body clamp ring 19 at the front 3 of the basic body 2 established.

Die Kolbenstange 9 ist linear in axialer Richtung verlagerbar in der Führungsbuchse 8 der Kolbenstangeführung 7 in dem Druckfluidraum 4 gelagert. Das Stellglied 11 ist über die flexible Membran 15 mit dem Grundkörper 2 druckfluiddicht verbunden. Der Druckfluidraum 4 in dem Grundkörper 2 weist eine erste Druckfluidkammer 20 auf, in welche das dem Stellgliedende 10 gegenüberliegende Druckende 21 der Kolbenstange 9 ragt. Die Kolbenstangenführung 7 unterteilt den Druckfluidraum 4 in diese erste Druckfluidkammer 20 und in eine dem Stellglied 11 zugewandte zweite Druckfluidkammer 22, die durch eine Vertiefung an einer dem Stellglied 11 zugewandten Oberfläche des Grundkörpers 2 gebildet ist, wobei die Kolbenstangenführung 7 die Vertiefung begrenzt. Durch die Kolbenstangenführung 7 sind Bohrungen angeordnet, die Druckfluidkanäle 23 bilden und die erste Druckfluidkammer 20 mit der zweiten Druckfluidkammer 22 verbinden. The piston rod 9 is linearly displaceable in the axial direction in the guide bush 8th the piston rod guide 7 in the pressurized fluid space 4 stored. The actuator 11 is over the flexible membrane 15 with the main body 2 connected pressure fluid tight. The pressure fluid space 4 in the main body 2 has a first pressure fluid chamber 20 in which the end of the actuator 10 opposite end of printing 21 the piston rod 9 protrudes. The piston rod guide 7 divides the pressure fluid space 4 in this first pressure fluid chamber 20 and in an actuator 11 facing second pressure fluid chamber 22 passing through a depression on an actuator 11 facing surface of the body 2 is formed, wherein the piston rod guide 7 limited the depression. Through the piston rod guide 7 are arranged holes, the pressure fluid channels 23 form and the first pressure fluid chamber 20 with the second pressure fluid chamber 22 connect.

Bei einer Druckbeaufschlagung des in dem Druckfluidraum 4 befindlichen Druckfluids 5 wird nicht nur in der ersten Druckfluidkammer 20 ein Druckfluiddruck aufgebaut, sondern über die Druckfluidkanäle 23 auch in der zweiten Druckfluidkammer 22 ein gleichgroßer Druckfluiddruck aufgebaut. Das druckbeaufschlagte Druckfluid 5 wirkt in der ersten Druckfluidkammer 20 auf das Druckende 21 der Kolbenstange 9 und in der zweiten Druckfluidkammer 22 unmittelbar auf das Stellglied 11 ein und erzwingt eine nach außen gerichtete axiale Verlagerung des Stellglieds 11 mit der Kolbenstange 9 in der Kolbenstangenführung 7. When pressurized in the pressurized fluid space 4 located pressurized fluid 5 not only in the first pressure fluid chamber 20 built a pressure fluid pressure, but via the pressure fluid channels 23 also in the second pressure fluid chamber 22 built an equal pressure fluid pressure. The pressurized pressurized fluid 5 acts in the first pressure fluid chamber 20 on the end of printing 21 the piston rod 9 and in the second pressure fluid chamber 22 directly on the actuator 11 and forces an outward axial displacement of the actuator 11 with the piston rod 9 in the piston rod guide 7 ,

Dabei kann die maximal zulässige Verlagerung des Stellglieds 11 durch die maximal mögliche Verformung der flexiblen Membran 15 vorgegeben sein. Es ist ebenfalls möglich, beispielsweise an der Kolbenstange 9 oder an dem Stellglied 11, bzw. an dem Grundkörper 2 einen radial vorspringenden Anschlag auszubilden, um den maximal zulässigen Stellweg des Stellglieds 11 zu begrenzen. In 2 ist das Stellglied 11 in einer nicht ausgelenkten Ausgangsposition dargestellt, während in 3 das Stellglied 11 in einer durch die Verformung der flexiblen Membran 15 begrenzten und gegenüber der Ausgangsposition ausgelenkten Druckposition gezeigt ist. In this case, the maximum permissible displacement of the actuator 11 by the maximum possible deformation of the flexible membrane 15 be predetermined. It is also possible, for example on the piston rod 9 or on the actuator 11 , or on the body 2 form a radially projecting stop to the maximum permissible travel of the actuator 11 to limit. In 2 is the actuator 11 shown in an undeflected starting position while in 3 the actuator 11 in a by the deformation of the flexible membrane 15 limited and compared to the starting position deflected printing position is shown.

In den 4 bis 8 ist ein abweichend ausgestalteter Aktor 24 gezeigt. Das Stellglied 11 ist über zwei Kolbenstangen 9, 9‘ an dem Grundkörper 2 gelagert. Jede Kolbenstange 9, 9‘ ist dabei in einer gesonderten Führungsbuchse 8, 8‘ aufgenommen. Der Grundkörperklemmring 19 ist längs seines Umfangs mit beabstandet zueinander angeordneten Schrauben 25 an der Stirnseite 3 des Grundkörpers 2 festgelegt. Auch der Stellgliedklemmring 16 ist mit Stellgliedschrauben 26, die in den 6 und 7 nicht sichtbar sind, an dem Stellglied 11 festgelegt. In 8 sind die einzelnen Komponenten des in den 4 bis 7 gezeigten Aktors zur Veranschaulichung in auseinandergezogener Darstellung gezeigt. In the 4 to 8th is a differently designed actuator 24 shown. The actuator 11 is about two piston rods 9 . 9 ' on the body 2 stored. Every piston rod 9 . 9 ' is in a separate guide bush 8th . 8th' added. The basic body clamping ring 19 is along its circumference with spaced apart screws 25 at the front 3 of the basic body 2 established. Also the actuator clamping ring 16 is with actuator screws 26 that in the 6 and 7 are not visible on the actuator 11 established. In 8th are the individual components of the in the 4 to 7 shown actuator for illustration in exploded view.

In den 9 bis 13 ist ein wiederum abweichend ausgestalteter Aktor 27 dargestellt, der einen näherungsweise zylinderförmigen Grundkörper 28 aufweist. An dem Grundkörper 28 sind vier radial nach außen verlagerbare Stellglieder 29 angeordnet, deren äußere Oberfläche 30 etwa ein Viertel einer zylinderförmigen Mantelfläche bildet, die aus den äußeren Oberflächen 30 der vier Stellglieder 29 zusammengesetzt ist. Jedes Stellglied 29 ist über zwei Kolbenstangen 9, 9‘ in radial nach außen gerichteten Bohrungen 31 gelagert. Die radial nach außen gerichteten Bohrungen 31 sind mittig über eine Zentralbohrung 32 miteinander verbunden, die auch zusammen mit Endbereichen der Bohrung 31 die erste Druckfluidkammer 20 bildet. An einer den Stellgliedern 11 zugewandten Oberfläche des Grundkörpers 28 sind jeweils den Stellgliedern 29 zugeordnete Ausnehmungen, bzw. Vertiefungen 33 ausgebildet, die über Druckfluidkanäle 23 mit der Zentralbohrung 32 verbunden und jeweils eine zweite Druckfluidkammer 22 bilden. Die Stellglieder 29 sind jeweils über eine zugeordnete flexible Membran 15 mit dem Grundkörper 28 verbunden und dichten die zweite Druckfluidkammer 22 druckfluiddicht ab. Ein radialer Stellweg der Stellglieder 29 ist durch vorspringende Ausformungen 34 begrenzt, welche die Stellglieder 29 umgreifen und einen formschlüssigen Anschlag für die Stellglieder 29 bilden. In the 9 to 13 is a differently designed actuator 27 represented, which has an approximately cylindrical base body 28 having. At the base body 28 are four radially displaceable outward actuators 29 arranged, whose outer surface 30 about a quarter of a cylindrical lateral surface forms, from the outer surfaces 30 of the four actuators 29 is composed. Each actuator 29 is about two piston rods 9 . 9 ' in radially outward bores 31 stored. The radially outward bores 31 are centered over a central hole 32 connected together, which also together with end portions of the bore 31 the first pressure fluid chamber 20 forms. At one of the actuators 11 facing surface of the body 28 are each the actuators 29 associated recesses, or depressions 33 formed, which via pressure fluid channels 23 with the central hole 32 connected and in each case a second pressure fluid chamber 22 form. The actuators 29 are each via an associated flexible membrane 15 with the main body 28 connected and seal the second pressure fluid chamber 22 pressure fluid tight. A radial travel of the actuators 29 is by projecting formations 34 limited, which the actuators 29 embrace and a positive stop for the actuators 29 form.

Durch eine Betätigung des Aktors 27 kann ein Durchmesser der durch die vier Stellglieder 29 gebildeten Mantelfläche des zylinderförmigen Aktors 27 verändert werden. Der als Kolben ausgebildeten Aktors 27 bzw. dessen Grundkörper 2 ist in einem umgebenden Kolbengehäuse 36 angeordnet und über einen Rollbalg 37 mit dem Kolbengehäuse 36 verbunden. Der zylindrische Aktor 27 wird als verstellbarer Abrollkolben einer Luftfeder genutzt, deren Volumen über einen Rollbalg 37 abgedichtet wird. Der Rollbalg 37 wird durch die von dem umgebenden Kolbengehäuse 36 gebildete Außenführung begrenzt. Auf diese Weise kann mit diesem Aktor 27 eine Tragfläche der Luftfeder im Betrieb aktiv verstellt werden. By actuating the actuator 27 can be a diameter of the four actuators 29 formed lateral surface of the cylindrical actuator 27 to be changed. The trained as a piston actuator 27 or its basic body 2 is in a surrounding piston housing 36 arranged and via a rolling bellows 37 with the piston housing 36 connected. The cylindrical actuator 27 is used as an adjustable rolling piston of an air spring whose volume is via a rolling bellows 37 is sealed. The rolling bellows 37 is characterized by that of the surrounding piston housing 36 limited outside guide. That way, with this actor 27 a wing of the air spring are actively adjusted during operation.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DD 270951 A1 [0007]
DE 19713784 A1 [0007]
DE 10026360 A1 [0007]

Claims

Actuator ( 1 . 24 . 27 ) with a linearly displaceable actuator ( 11 ), which with at least one piston rod ( 9 . 9 ' ) linear and axial to the piston rod ( 9 . 9 ' ) displaceable on a base body ( 2 . 28 ), wherein the at least one piston rod ( 9 . 9 ' ) in a piston rod guide ( 7 ) mounted on the actuator ( 11 ) can absorb acting transverse forces, and wherein the actuator ( 11 ) with a suitable pressurized fluid ( 5 ) can be displaced by passing through the pressurized fluid ( 5 ) a displacement pressure on the actuator ( 11 ) is exercised, characterized in that the actuator ( 11 ) via a flexible membrane ( 15 ) spaced from the piston rod guide ( 7 ) with the basic body ( 2 . 28 ), that the piston rod ( 9 . 9 ' ) through a recess ( 17 ) in the membrane ( 15 protruding and that the flexible membrane ( 15 ) a pressure fluid-tight seal of one in the body ( 2 . 28 ) formed pressure fluid space ( 4 ).

Actuator ( 1 . 24 . 27 ) according to claim 1, characterized in that the at least one piston rod ( 9 . 9 ' ) in the pressure fluid space ( 4 protrudes.

Actuator ( 1 . 24 . 27 ) according to claim 1 or claim 2, characterized in that the pressure fluid space ( 4 ) a first pressurized fluid chamber ( 20 ) into which the piston rod ( 9 . 9 ' ) and a second pressure fluid chamber ( 22 ) having.

Actuator ( 27 ) according to claim 3, characterized in that the second pressure fluid chamber ( 22 ) through a recess ( 33 ) on an actuator ( 11 ) facing surface of the body ( 28 ) is formed.

Actuator ( 1 . 24 . 27 ) according to claim 3 or claim 4, characterized in that the second pressure fluid chamber ( 22 ) via at least one pressurized fluid channel ( 23 ) with the first pressurized fluid chamber ( 20 ).

Actuator ( 1 . 24 . 27 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane ( 15 ) with one on the actuator ( 11 ) actuator lock ring ( 16 ) along a recess ( 17 ) surrounding inner circumference line ( 18 ) of the membrane ( 15 ) pressure fluid-tight with the actuator ( 11 ) connected is.

Actuator ( 1 . 24 . 27 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane ( 15 ) with one on the base body ( 2 . 28 ) fixed body clamping ring ( 19 ) along an outer circumferential line ( 18 ' ) of the membrane ( 15 ) pressure fluid-tight with the base body ( 2 . 28 ) connected is.

Actuator ( 1 . 24 . 27 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the piston rod guide ( 7 ) of the at least one piston rod ( 9 . 9 ' ) a guide bush ( 8th . 8th' ) having.

Actuator ( 24 . 27 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 11 ) with two piston rods ( 9 . 9 ' ) or with more than two piston rods ( 9 . 9 ' ) axially displaceable on the base body ( 2 . 28 ) is stored.

Actuator ( 1 . 24 . 27 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the pressurized fluid ( 5 ) a lubricant for reducing the friction of the at least one piston rod ( 9 . 9 ' ) in the associated piston rod guide ( 7 ).

Actuator ( 1 . 24 . 27 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one piston rod ( 9 . 9 ' ) outside the actuator ( 11 ) completely in the pressure fluid space ( 4 ) is arranged.