DE2161646A1 - Fluid operated actuator - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
- F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
- F15B15/10—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type
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Description
Aktenzeichen der Anmelderin: Docket LE 970 015Applicant's file number: Docket LE 970 015
In pneumatischen und hydraulischen Betätigungsvorrichtungen, bei denen Strömungsmittelenergie in mechanische Bewegung umgewandelt wird, werden üblicherweise als Wandlerelemente Kolben, Membrane oder Bälge verwendet. Besondere Probleme ergeben sich hierbei hinsichtlich der Abdichtung, der Kosten und der Lebensdauer, wobei die Ausführungen mit Membranen und Bälgen zwar im allgemeinen billiger, aber hinsichtlich der begrenzten Lebensdauer dieser Elemente häufig unbefriedigend sind.In pneumatic and hydraulic actuators where fluid energy is converted into mechanical motion are usually used as transducer elements piston, diaphragm or bellows are used. Particular problems arise here with regard to sealing, costs and service life, with the designs with membranes and bellows are generally cheaper, but in terms of their limited service life Items are often unsatisfactory.
Den einfachsten Aufbau zeigen Betätigungsvorrichtungen der obengenannten Art mit Balg, da diese aus einem Stück gefertigt werden können und als Faltenbalg eine verhältnismäßig große Volumenänderung ermöglichen. Jedoch sind die Falten empfindlich gegen längere Beanspruchung und werden schließlich an einigen Stellen, insbesondere an den Außenkanten, undicht, so daß sie ausgewechselt werden müssen. Außerdem ist der bei der Herstellung von Faltenbälgen erforderliche Fertigungsprozess verhältnismäßig aufwendig, was sich insbesondere bei kleinen Ausführungen auf den Preis auswirkt. Ihre Herstellung mit einheitlich dicken Wandstärken für eine zuverlässige Funktion erfordert außerdem besondere Geschick-The simplest structure is shown by actuating devices of the above-mentioned types Type with bellows, as these can be made from one piece and, as a bellows, a relatively large change in volume enable. However, the wrinkles are sensitive to prolonged use and eventually become in some places, especially at the outer edges, leaking, so that they have to be replaced. He is also involved in the manufacture of bellows The required manufacturing process is relatively expensive, which affects the price, especially in the case of small versions affects. Their production with uniformly thick wall thicknesses for reliable function also requires special skill
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lichkeit.opportunity.
Diese Nachteile der bekannten pneumatischen bzw. hydraulischen Betätigungsvorrichtungen werden gemäß der Erfindung durch die Verwendung einer im wesentlichen rohrförmigen Manschette als Wandlerelement vermieden. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Kernteil von flachem Querschnitt mit einer im mittleren Bereich befindlichen, mittels einer axialen Bohrung in einem der Endteile an eine Druckleitung angeschlossene Ausnehmung, auf den eine flexible Manschette gestülpt ist, an deren Außenseite im Bereich der Ausnehmung des Kernteils das zu betätigende Element anliegt.These disadvantages of the known pneumatic or hydraulic actuating devices are according to the invention by Avoid using a substantially tubular sleeve as a transducer element. The invention is characterized by a core part of flat cross-section with one located in the central area, by means of an axial bore in one of the End parts of a recess connected to a pressure line, onto which a flexible cuff is slipped, on the outside of the recess the element to be actuated rests in the area of the recess of the core part.
Bei der Betätigungsvorrichtung nach der Erfindung wird zwischen dem Kernteil und der Manschette in den Endteilen des Kernteils eine natürliche Dichtverbindung hergestellt, welche fertigungstechnisch auf sehr einfache Weise mittels eines thermischen Verfahrens verbessert werden kann. Der Kernteil dient seinerseits als Führungselement für die Manschette, wobei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Manschette aus thermoplastischem Werkstoff bestehen und im Bereich der Ausnehmung des Kernteils eine wahlweise nach innen oder außen drückbare Ausbuchtung aufweisen kann. Diese Ausbildung hat den Vorzug, daß bei der Betätigung durch Zuführung von Druckmittel die durch den Mittelteil der Manschette gebildete Kammer ein im wesentlichen konstantes Volumen aufweist, so daß sich ein konstanter Hub für das zu betätigende mechanische Element ergibt. Dabei wird die Manschette lediglich zwischen ihren beiden Formzuständen verändert, ohne daß der Werkstoff einer nennenswerten Beanspruchung ausgesetzt ist.In the actuating device according to the invention, between the core part and the sleeve in the end parts of the core part a natural sealing connection is produced, which is very simple in terms of production technology by means of a thermal process can be improved. The core part in turn serves as a guide element for the cuff, according to a preferred one Embodiment the sleeve made of thermoplastic Consist of material and in the area of the recess of the core part have a bulge that can be pressed either inwards or outwards can. This training has the advantage that when actuated by supplying pressure medium through the middle part the cuff formed chamber has a substantially constant volume, so that there is a constant stroke for the to be actuated mechanical element results. The cuff is only changed between its two shape states, without that the material is exposed to significant stress.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung besteht darin, daß die Manschette aus thermoplastischem Werkstoff infolge ihrer Formgebung verhältnismäßig große Krümmungsradien aufweist, so daß Schäden durch Brüche und Risse und die daraus folgenden Undichtigkeiten, wie sie bei FaltenbälgenAnother advantage of the actuating device according to the invention is that the sleeve made of thermoplastic material due to its shape relatively large radii of curvature has, so that damage from breaks and cracks and the resulting leaks, as in the case of bellows
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aufzutreten pflegen, vermieden sind.used to appear, are avoided.
Ein weiterer, besonderer Vorteil der Betätigungsvorrichtung nach der Erfindung ergibt sich aus der Möglichkeit einer rationellen Massenfertigung. Hierfür bietet sich als bevorzugtes Herstellverfahren an, daß ein mit einer zentralen Längsbohrung versehenes, dem Querschnitt des Kernteils entsprechendes Stangenmaterial mit einer Mehrzahl Aussparungen versehen und anschließend eine thermoplastische Hülse aufgezogen wird, worauf sodann in einer Preßform mit Aussparungen die Ausbuchtungen bleibend geformt und schließlich die einzelnen Kernteile mit Manschette abgeschnitten werden.Another particular advantage of the actuating device according to the invention results from the possibility of a rational Mass production. A preferred manufacturing process for this is that a the cross section of the core part corresponding rod material is provided with a plurality of recesses and then a thermoplastic sleeve is pulled up, whereupon the bulges are permanently formed in a compression mold with recesses and finally the individual core parts are cut off with the sleeve.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to the drawings in an exemplary embodiment. Show it:
Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht einer pneumatischenFig. 1 is a perspective view of a pneumatic
Betätigungsvorrichtung;Actuator;
Fig. 2 einen Längsschnitt längs der Linie II-II durchFig. 2 is a longitudinal section along the line II-II
Fig. 1;Fig. 1;
Fig. 3 einen Querschnitt in der Linie III-III der Fig.l;Fig. 3 is a cross section on the line III-III of Fig.l;
Fig. 4 eine schaubildliche Einzelansicht eines Kerntei4 shows a diagrammatic individual view of a core part
les;les;
Fig. 5 eine schaubildliche Einzelansicht einer Manschette; 5 is a diagrammatic detail view of a cuff;
Fig. 6 bis 8 verschiedene Verfahrensschritte zur Herstellung6 to 8 different process steps for production
der Betätigungsvorrichtung nach Fig. 1 in Serienfertigung. the actuating device according to FIG. 1 in series production.
Die in den Fign. 1 bis 3 dargestellte pneumatische Betätigungsvorrichtung 10 besteht im wesentlichen aus einem in Fig. 4 gesondertThe in FIGS. 1 to 3 illustrated pneumatic actuator 10 consists essentially of one in FIG. 4 separately
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gezeigten Kernteil 20, über den eine flexible Manschette 30 (Fig. 5) aus thermoplastischem, also relativ unelastischem Werkstoff gestülpt ist. Im mittleren Bereich der Manschette 30 ist eine Ausbuchtung" 31 vorgesehen, die in ihrer Abmessung mit einer Ausnehmung 21 im Mittelteil des Kernteiles 20 übereinstimmt. Entsprechend dem Werkstoff für die Manschette 30 kann die Ausbuchtung 31 einerseits die in Fig. 5 dargestellte Lage und andererseits die in Fig. 2 gestrichelt gezeigte Lage einnehmen, wobei im letzteren Teil eine Kammer 32 gebildet ist. Um die Ausbuchtung 31 in ι die letztere Lage zu bringen, ist zur Zufuhr von Druckluft an einen Kanal 22 am Ende des Kernteiles 20 eine Leitung 11 angeschlossen. Der Kanal 22 ist mit einer längs verlaufenden Bohrung 23 im Kernteil 20 verbunden, der durch die Ausnehmung 21 geöffnet ist, so daß in diesem Bereich die Manschette 30 durch die zugeführte Druckluft "ausgeblasen" werden kann.core part 20 shown, over which a flexible sleeve 30 (Fig. 5) is made of thermoplastic, i.e. relatively inelastic material. In the middle area of the cuff 30 there is a bulge " 31 is provided, the dimensions of which correspond to a recess 21 in the central part of the core part 20. Corresponding the material for the cuff 30 can be the bulge 31 on the one hand assume the position shown in FIG. 5 and on the other hand the position shown in dashed lines in FIG Part of a chamber 32 is formed. In order to bring the bulge 31 into the latter position, compressed air is to be supplied to one Channel 22 connected to a line 11 at the end of the core part 20. The channel 22 is provided with a longitudinal bore 23 in the Core part 20 connected, which is opened through the recess 21, so that in this area the sleeve 30 by the supplied Compressed air can be "blown out".
Gemäß den Fign. 1 und 2 ist mittels einer Schraube 44 eine Stütze 42 am Rahmen 43 befestigt, an der ein Betätigungsarm 40 mittels eines Stiftes 41 schwenkbar gelagert ist. Wie in Fig. 2 gestrichelt dargestellt, wird der Betätigungsarm 40 durch das "Aufblasen" der Manschette 31 um einen bestimmten Betrag angehoben, wobei infolge des unelastischen Materials der Manschette 30 die W Ausbuchtung 31 ein bestimmtes Volumen für die Kammer 32 wiedergibt. Auf dem Rahmen 43, z. B. an der Stütze 42 befestigt, sind Federklammern 45 zur beiderseitigen Halterung des Kernteiles 20 vorgesehen. Die nach oben gerichteten schrägen Innenflächen 46 der Federklammern 45 ermöglichen ein einfaches Einsetzen des Kernteiles 20 bei der Montage.According to FIGS. 1 and 2, a support 42 is fastened to the frame 43 by means of a screw 44, on which an actuating arm 40 is pivotably mounted by means of a pin 41. As shown in dashed lines in FIG. 2, the actuating arm 40 is raised by a certain amount by the "inflation" of the cuff 31, the W bulge 31 reproducing a certain volume for the chamber 32 due to the inelastic material of the cuff 30. On the frame 43, e.g. B. attached to the support 42, spring clips 45 are provided for holding the core part 20 on both sides. The upwardly directed inclined inner surfaces 46 of the spring clips 45 allow easy insertion of the core part 20 during assembly.
Die Form des Kernteils 20 ist im übrigen in Fig. 4 im Deteil dargestellt. Die beiden Endteile 24 beiderseits der Ausnehmung 21 haben infolge ihres abgeflachten Querschnittes Flächen 25 auf der oberen und unteren Seite und seitlich abgerundete Flächen 26. Die Länge 27 des Kernteils 20 ist groß im Vergleich zur Breite 28, und innerhalb dieser Rechteckform nimmt die Ausnehmung 21 entsprechend der Abmessung der Ausbuchtung 31 - einen beträcht-The shape of the core part 20 is shown in detail in FIG. 4. The two end parts 24 on both sides of the recess 21 have surfaces 25 due to their flattened cross-section the upper and lower side and laterally rounded surfaces 26. The length 27 of the core part 20 is large compared to the width 28, and within this rectangular shape, the recess 21 takes accordingly the dimension of the bulge 31 - a considerable-
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lichen Teil ein.part.
Der Fläche 21a der Ausnehmung 21 ist im übrigen auch die Betätigungsfläche 47 des Betätigungsarmes 40 angepaßt, auf welche die pneumatische Betätigungskraft wirksam wird, wenn durch die Bohrung 23 Druckluft zugeführt wird. Die beiden Betriebszustände der Manschette 30 sind auch aus Fig. 3 deutlich erkennbar, wobei die Formänderung der Manschette 30 als im einen Fall mehr und im anderen Fall weniger abgeflachter Schlauch gewährleistet, daß zwischen der Fläche 21a der Ausnehmung 21 und der Betätigungsfläche 47 stets nur eine glatte Schicht des Materials der Manschette 30 liegt. Denn im unbelasteten Zustand können die äußeren Bereiche der Ausbuchtung 31 der Manschette 30 nach außen ausweichen, ohne daß der Betätigungsarm 40 dies behindert.The surface 21a of the recess 21 is also the actuating surface 47 of the actuating arm 40 adapted to which the pneumatic actuating force is effective when through the bore 23 compressed air is supplied. The two operating states of the cuff 30 can also be clearly seen from FIG. 3, the change in shape of the cuff 30 being greater than in one case and other case less flattened hose ensures that between the surface 21a of the recess 21 and the actuating surface 47 is always only a smooth layer of the material of the sleeve 30. Because in the unloaded state, the outer areas the bulge 31 of the cuff 30 evade outwardly without the actuating arm 40 hindering this.
Der Kernteil 20 kann entweder gegossen oder spanabhebend hergestellt werden. Wenn zur Vereinfachung der Fertigung die BohrungThe core part 20 can either be cast or machined will. If to simplify the production the hole
23 durchgehend ausgebildet ist, muß auf der der Druckkluftzufuhr entgegengesetzten Seite die Bohrung 23 durch einen Stopfen 23b abgedichtet werden.23 is formed continuously, the hole 23 must be on the opposite side of the pressure gap supply through a plug 23b be sealed.
Die Manschette 30 ist so bemessen, daß sie für einen mediumdichten Abschluß auf den Kernteil 20 aufgezogen werden kann, wofür die Innenabmessung annähernd mit dem Außenumfang der Endteile 24 des Kernteils 20 übereinstimmt. Zur Gestaltung der Manschette 30 mit der Ausbuchtung 31 bedarf es, wie erwähnt, eines relativ unelastischen Werkstoffes, wofür sich thermoplastischer Kunststoff besonders eignet. Grundsätzlich ist allerdings für die Manschette 30 auch ein Werkstoff höherer Elastizität denkbar, wobei die Kammer 32 durch die zugeführte Druckluft ohne die feste Volumenbegrenzung durch die Ausbuchtung 31 gebildet wird. Im übrigen kann die Abdichtung zwischen der Manschette 30 und den EndteilenThe cuff 30 is dimensioned so that they are medium-tight for a Termination can be drawn onto the core part 20, for which the inner dimension approximately with the outer circumference of the end parts 24 of the core part 20 matches. To design the cuff 30 with the bulge 31, as mentioned, a relative is required inelastic material, for which thermoplastic material is particularly suitable. Basically, however, is for the cuff 30, a material of higher elasticity is also conceivable, the chamber 32 due to the supplied compressed air without the fixed volume limitation is formed by the bulge 31. In addition, the seal between the sleeve 30 and the end parts
24 des Kernteils 20 auch durch Verschweißen, etwa an der Stelle 33, mittels Erhitzen oder mittels eines Ultraschallverfahrens verbessert werden. Die Montage erfolgt auf einfache Weise zunächst durch Überstülpen der Manschette 30 auf den Kernteil 2024 of the core part 20 also by welding, for example at the point 33, by means of heating or by means of an ultrasonic method be improved. The assembly is carried out in a simple manner, initially by slipping the sleeve 30 onto the core part 20
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und anschließendes Einsetzen beider Teile in die Federklammern 45 auf dem Rahmen 43.and then inserting both parts into the spring clips 45 on the frame 43.
Das bevorzugte Verfahren zur Serienherstellung des aus dem Kernteil 20 und der Manschette 30 bestehenden Elements sind in den Fign. 6 bis 8 dargestellt. Danach werden gemäß Fig. 6 aus einem Stangenmater-ial mit entsprechendem Querschnitt und einer Längsbohrung 51 mittels eines Fräsers 60 eine Anzahl Ausnehmungen 52 in dem erforderlichen Abstand und der gewünschten Länge ausgefräst (wobei der Fräser 60 auch mit entgegengesetzter Schneiden- und Drehrichtung eingesetzt werden kann). Nach dieser Vorbearbeitung wird eine entsprechende thermoplastische Hülse 54 aufgeschoben, so daß sie auf den unbearbeiteten Abschnitten 53 zwischen den Ausnehmungen 52 mediumdicht anliegt. Mittels einer Preßform 61 (Fig. 7) mit einer Anzahl Aussparungen 62 (im Bereich der Ausnehmungen 52) sowie Heizeleenten 63 wird dann eine feste Verbindung zwischen der Hülse 54 und den unbearbeiteten Abschnitten 53 hergestellt.The preferred method of mass production of the from the core part 20 and the cuff 30 existing element are shown in FIGS. 6 to 8 shown. Thereafter, according to FIG. 6 from a Rod material with a corresponding cross-section and a longitudinal bore 51 milled out a number of recesses 52 in the required distance and the desired length by means of a milling cutter 60 (The milling cutter 60 can also be used with opposite cutting and rotating directions). After this preprocessing a corresponding thermoplastic sleeve 54 is pushed so that it is on the unprocessed sections 53 between the recesses 52 rests in a medium-tight manner. By means of a compression mold 61 (FIG. 7) with a number of recesses 62 (in the area of the recesses 52) and heating elements 63 are then a firm connection between the sleeve 54 and the unprocessed sections 53 manufactured.
Vor dem Einsetzen in die Preßform 61 kann die Hülse 54 so erwärmt werden, daß sie thermoplastisches Verhalten zeigt. Nach dem Einsetzen in die Preßform 61 können dann unter der Wirkung durch die Längsbohrung 71 zugeführter Druckluft oder durch Anwendung von Vakuum in den Aussparungen 62 die Ausbuchtungen 31 geformt und durch anschließende Kühlung aufrechterhalten werden. Gemäß Fig. 8 erhält man sodann mittels eines Scherblattes 64 eine entsprechende Anzahl Einzelelemente 55 zur Montage in die pneumatische Betätigungsvorrichtung 10 gemäß Fig. 1.Before being inserted into the compression mold 61, the sleeve 54 can be heated so that it exhibits thermoplastic behavior. To the insertion into the compression mold 61 can then under the action of compressed air supplied through the longitudinal bore 71 or by application the bulges 31 are formed by vacuum in the recesses 62 and maintained by subsequent cooling. According to FIG. 8, a corresponding number of individual elements 55 for assembly in the is then obtained by means of a shear blade 64 pneumatic actuating device 10 according to FIG. 1.
Docket LE 970 015 2 0 9 8 2 8/0613Docket LE 970 015 2 0 9 8 2 8/0613
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