EP0388578A2 - Fluid operated actuating and control drive - Google Patents

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Publication number
EP0388578A2
EP0388578A2 EP90100046A EP90100046A EP0388578A2 EP 0388578 A2 EP0388578 A2 EP 0388578A2 EP 90100046 A EP90100046 A EP 90100046A EP 90100046 A EP90100046 A EP 90100046A EP 0388578 A2 EP0388578 A2 EP 0388578A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
drive according
membrane
connection element
working
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP90100046A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0388578A3 (en
Inventor
Franz Josef Wolf
Jörg Schwarzbich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Woco Franz Josef Wolf and Co GmbH
Original Assignee
Woco Franz Josef Wolf and Co GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Woco Franz Josef Wolf and Co GmbH filed Critical Woco Franz Josef Wolf and Co GmbH
Publication of EP0388578A2 publication Critical patent/EP0388578A2/en
Publication of EP0388578A3 publication Critical patent/EP0388578A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F15B15/02—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member

Definitions

  • the invention relates to actuators and control drives which can be acted upon by fluid, of the type mentioned in the preamble of claim 1.
  • Such actuators which can be acted upon by fluid usually consist of a two-part plastic housing which is divided by a transverse working membrane stiffened centrally by a worktop into a pressure chamber serving as a working chamber and, opposite the membrane, either into a second working chamber or into a ventilated pressure compensation chamber.
  • Such drives are used in particular for actuating, control and locking tasks in motor vehicle construction. In this area of application, the drives are predominantly pressurized for the work cycle.
  • the electrical system of the motor vehicles is usually already fully utilized and can only be further loaded at a relatively high cost.
  • the invention has for its object to provide a fluid-actuated actuator and control drive of the type described above, which delivers comparatively high actuating forces on the output side even with small spatial dimensions.
  • the invention solves this problem by a drive of the type described at the outset which has the features mentioned in the characterizing part of claim 1.
  • the essential basic idea of the invention is not to directly and translationally rigidly connect the actuating rod guided out of the drive or the output connection element designed in another way to the worktop of the diaphragm, but in this connecting path in the drive housing integrated to include a power converter.
  • this force converter can be designed both as a step-up and as a step-down, based on the ratio of the force emitted by the membrane to the force available at the output connection element. It will be designed as a step-up if high forces are required on the output side, but it will be designed as a step-down if long travel ranges are required for other applications in which only small positioning forces are required.
  • the output connection element of the drive is biased by a biasing spring in the direction opposite the working stroke of the diaphragm.
  • the force of the biasing spring must be less than the force that can be supplied by the working diaphragm.
  • the prestressing spring is preferably selected such that the prestressing force available at the output connection element is 5 to 25% less than the actuating force available on the diaphragm.
  • the power converter integrated in the drive housing can be of any type, as long as it is integrated into the available space and meets the respective application requirements.
  • lever drives, crank drives, cam drives, pinions or possibly chain drives in particular of a simpler and smaller design, can be integrated in the drive housing as force converters.
  • one-sided or two-sided levers or systems of levers which offer the optimum properties for the present purpose are preferably used as force converters. Levers are inexpensive, maintenance-free, reliable and, moreover, require hardly any installation space worth mentioning. You can do it yourself with the smallest housing dimensions, power conversions in the ratio 10: 1 can be easily achieved.
  • levers When levers are used as force converters, they can be designed as simple one-sided or two-sided levers and are then preferably arranged radially aligned in the transverse plane, in particular a plurality of levers acting in the same direction, which are arranged at the same angular distance from one another.
  • articulated lever systems can also advantageously be integrated as force converters in the housings of the actuators according to the invention.
  • the specialist can easily determine the appropriate solution based on his specialist knowledge.
  • this is then preferably arranged on the bottom of a cup-shaped or collar cup-shaped housing insert part which can be displaced axially via the rolling bearing, this cup-shaped part then simultaneously can serve as a preload spring housing.
  • the biasing spring is then supported, for example, directly on the inner bottom of the insert and opposite it on a housing insert part which is fixed in the housing and extends transversely through the drive housing.
  • This pretensioning spring is designed as a compression spring when the working chamber is subjected to negative pressure, and as a tension spring when the working chamber is subjected to excess pressure.
  • a metallic bearing shell inserted into a plastic housing of the drive is designed in such a way that its edges can simultaneously serve as abutments for the force-converting lever systems.
  • Such sleeve-shaped bearing shell inserts are fixed in particular by frictional engagement in the plastic housing of the drive.
  • the two housing parts 1, 2 are made of plastic and are connected to one another in a fluid-tight and pressure-tight manner by an ultrasonic weld 3.
  • Fixed in the housing 1, 2 is a housing insert 4, which consists of a cylindrical ring section 5 and a central funnel-shaped part 6, which opens towards a transverse working membrane 7 and the outer edge of which is connected to one of the two edges of the cylindrical section 5 of the housing insert part 4 in such a way that the funnel-shaped central section is at least essentially separated from the cylindrical section 5 is surrounded.
  • annular groove 8 is recessed into which a peripheral sealing ring bead 9 of the working membrane 7 is pressed.
  • the housing part 1 provided with a connecting piece 10 has a shoulder 11 which has a sealing ring cutting edge which, when the housing is closed, is pressed into the sealing ring bead of the working membrane 7 in a fluid-tight and pressure-tight manner. This creates a working chamber 13 in the housing part 1 above the side of the working diaphragm 7 facing the connecting piece 10, which working chamber 13 can be subjected to negative pressure via the connecting piece 10.
  • the working membrane 7 is centrally connected to a dimensionally stable cup-like worktop 14, through the cross-sectional area of which the force available on the working membrane is substantially determined when a constant negative pressure is applied.
  • the worktop 14 is rigidly connected centrally to a coupling pin 15 which projects into the funnel-shaped part 6 of the fixed housing insert part 4.
  • the part of the housing 1, 2 that is defined on the side of the diaphragm opposite the inlet connector essentially serves as a pressure compensation chamber 16, which is at least essentially at ambient pressure.
  • An outlet connection element 17 is led out axially opposite the connecting piece 10 from the pressure compensation space 16 of the housing part 2.
  • the output connection element 17 is arranged as a fork, between the two legs of which a roller 19 is rotatably mounted on a pin 18.
  • An annular shoulder plate 20 is formed on the free end of the coupling pin 15, on which three individual levers 21 rest with their radially inner end region.
  • the three levers 21 lie in the transverse plane and are radially aligned and so distributed over the circumference that the three lever arms each have the same radial angular distance from one another.
  • the funnel-shaped section 6 of the fixedly fixed housing insert 4 has window openings 22 through which the levers 21 each extend freely with radial extension. With their radially outer end, the levers 21 each rest on an abutment, which is formed by the end edge 23 of a collar sleeve 24, which in turn consists of metal, here corrosion-resistant steel, and which is frictionally locked in the housing part 2 in the area of the pressure equalization space is pressed.
  • the section of the collar sleeve 24 lying further to the output connection element 17 serves as a bearing shell for a sleeve-shaped roller bearing 25 which axially displaceably guides and stores a movable, collar-cup-like and also made of metal, at least essentially complementary shape, housing insert 26.
  • the output connection element 17 is rigidly anchored in the bottom 27 of the collar-cup-like axially movable housing insert 26.
  • the collar cup-like movable housing insert part 26 has three radial openings 29 with the same angular distance from one another, through which a lever 21 extends.
  • the control drive is in the state brought about by the spring preload, in which the output connection element 17, which can also be designed as an adjusting rod or a correspondingly differently designed output connection element, is in its axially most advanced position, while in the absence a negative pressure in the working chamber 13, the membrane 7 with its worktop 14 has a configuration and is in a position which corresponds to the rest position.
  • the working chamber 13 is acted upon via the connecting piece 10 with a negative pressure which generates a force on the piston pin 15 which is greater than the prestress provided by the compression spring 31, the worktop 14 of the membrane 7 is passed through the working chamber 13 in the direction of the connecting piece 10 pulled.
  • the support 30 of the levers 21 is axially raised in the direction of the working chamber 13, while the radially outer edges of the levers 21 remain on the end ring 23 of the collar sleeve 24 as an abutment by tilting or pivoting about a support pivot point.
  • the axially movable collar-cup-like housing insert 26, on the bottom 27 of which the output connection element 17 is rigidly connected rests against the force of the prestressing spring 31 at the openings 29 on the levers 21 with in the direction of the worktop 14 of the membrane 7 and the coupling pin 15 , ie with drawn towards the connecting piece 10.
  • the output connection element 17 thus performs the same quality in the same direction as the worktop 14.
  • the output connection element 17 is approximately seven times as large Force to overcome the preload of the spring 31 in the direction of the housing to be retracted, namely by a distance which is about a seventh shorter than the working stroke distance covered by the worktop 14 of the membrane 7.
  • high switching forces are available at the output connection element 17 of the control drive according to FIG. 1 for short switching travel distances, so that the drive can be used, for example, as a mechanical circuit breaker or as an actuator and control drive in motor vehicle construction where high output powers are used for direct control systems and Regulations are used.

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Abstract

In a fluid-operated, in particular pneumatic, control drive with rolling diaphragm, large actuating forces on the output side are achieved by the output connection element not being connected directly and rigidly to the working plate of the rolling diaphragm but by being coupled via a power converter, in particular a lever drive, which in the simplest case can be a single-sided or a double-sided lever.

Description

Die Erfindung betrifft fluidbeaufschlagbare Stell- und Steuer­antriebe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.The invention relates to actuators and control drives which can be acted upon by fluid, of the type mentioned in the preamble of claim 1.

Solche fluidbeaufschlagbaren Antriebe bestehen üblicherweise aus einem zweiteiligen Kunststoffgehäuse, das durch eine quer­liegende, mittig durch eine Arbeitsplatte versteifte Arbeits­membran in einen als Arbeitskammer dienenden Druckraum und, der Membran gegenüberliegend, entweder in eine zweite Arbeits­kammer oder in eine belüftete Druckausgleichskammer unter­teilt ist. Solche Antriebe werden insbesondere zu Stell-, Steuer- und Verriegelungsaufgaben im Kraftfahrzeugbau ein­gesetzt. In diesem Anwendungsbereich werden die Antriebe ganz überwiegend für den Arbeitstakt mit Unterdruck beauf­schlagt. Während Unterdruck im Kraftfahrzeug mit geringem technischem und finanziellem Aufwand reichlich zur Verfügung steht, ist das elektrische System der Kraftfahrzeuge meist bereits ausgelastet und nur mit relativ großem Kostenaufwand weiter belastbar.Such actuators which can be acted upon by fluid usually consist of a two-part plastic housing which is divided by a transverse working membrane stiffened centrally by a worktop into a pressure chamber serving as a working chamber and, opposite the membrane, either into a second working chamber or into a ventilated pressure compensation chamber. Such drives are used in particular for actuating, control and locking tasks in motor vehicle construction. In this area of application, the drives are predominantly pressurized for the work cycle. During negative pressure in the motor vehicle with little technical and financial expenditure is abundantly available, the electrical system of the motor vehicles is usually already fully utilized and can only be further loaded at a relatively high cost.

Grenzen sind den prinzipiell einfachen, preiswerten und zu­verlässigen Unterdruckantrieben jedoch dort gesetzt, wo einer­seits ausgangsseitig relativ große Stellkräfte erforderlich sind, die Antriebe andererseits aber eine vorgegebene maxi­male Baugröße nicht überschreiten dürfen. Während beispiels­weise bei einem verfügbaren Unterdruck von 0,8 bar an einem Antrieb der hier in Rede stehenden Art ausgangsseitig eine Stellkraft von rund 500 N verfügbar sein soll, müßte bei rotationssymmetrischer Ausbildung des Unterdruckstellantriebs der Durchmesser der wirksamen Arbeitsfläche der Arbeits­membran fast 40 cm betragen. Stellantriebe dieser Abmessun­gen würden jedoch nicht nur den baulichen Rahmen, sondern auch den Kostenrahmen realisierbarer Technik sprengen.However, there are limits to the basically simple, inexpensive and reliable vacuum drives where, on the one hand, relatively large actuating forces are required on the output side, but on the other hand the drives must not exceed a predetermined maximum size. While, for example, with an available vacuum of 0.8 bar on a drive of the type in question, an actuating force of around 500 N should be available on the output side, the diameter of the effective working surface of the working membrane would have to be almost 40 cm in the case of a rotationally symmetrical design of the vacuum actuator. Actuators of this size would not only go beyond the structural framework, but also beyond the cost of realizable technology.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen fluidbeaufschlagbaren Stell- und Steuerantrieb der vorstehend geschilderten Art zu schaf­fen, der auch bei kleinen räumlichen Bauabmessungen aus­gangsseitig vergleichsweise hohe Stellkräfte liefert.Based on this prior art, the invention has for its object to provide a fluid-actuated actuator and control drive of the type described above, which delivers comparatively high actuating forces on the output side even with small spatial dimensions.

Diese Aufgabe löst die Erfindung durch einen Antrieb der eingangs geschilderten Art, der die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.The invention solves this problem by a drive of the type described at the outset which has the features mentioned in the characterizing part of claim 1.

Der wesentliche Grundgedanke der Erfindung liegt mit anderen Worten also darin, nicht in der üblichen Weise die aus dem Antrieb herausgeführte Stellstange oder das in anderer Weise ausgebildete Ausgangsanschlußelement unmittelbar und trans­latorisch starr mit der Arbeitsplatte der Membran zu verbin­den, sondern in diese Verbindungsstrecke im Antriebsgehäuse integriert einen Kraftumsetzer einzubeziehen. Dieser Kraft­umsetzer kann dabei prinzipiell, bezogen auf das Verhält­nis der von der Membran abgegebenen Kraft zu der am Aus­gangsanschlußelement verfügbaren Kraft sowohl übersetzend als auch untersetzend ausgelegt sein. Er wird dann über­setzend ausgebildet sein, wenn ausgangsseitig hohe Kräfte erforderlich sind, er wird aber dann untersetzend ausgebil­det sein, wenn für andere Anwendungen, bei denen nur geringe Stellkräfte erforderlich sind, lange Stellwege benötigt werden.In other words, the essential basic idea of the invention is not to directly and translationally rigidly connect the actuating rod guided out of the drive or the output connection element designed in another way to the worktop of the diaphragm, but in this connecting path in the drive housing integrated to include a power converter. In principle, this force converter can be designed both as a step-up and as a step-down, based on the ratio of the force emitted by the membrane to the force available at the output connection element. It will be designed as a step-up if high forces are required on the output side, but it will be designed as a step-down if long travel ranges are required for other applications in which only small positioning forces are required.

Zu besonders einfachen Konstruktionen gelangt man dabei vor allem dann, wenn das Ausgangsanschlußelement des Antriebs durch eine Vorspannfeder in der dem Arbeitshub der Membran entgegengesetzten Richtung vorspannend beauf schlagt ist. Selbstverständlich muß die Kraft der Vorspannfeder geringer als die von der Arbeitsmembran lieferbare Kraft sein. Vor­zugsweise wird die Vorspannfeder so gewählt, daß die am Ausgangsanschlußelement verfügbare Vorspannkraft um 5 bis 25% geringer als die an der Membran verfügbare Stellkraft ist.Particularly simple constructions are achieved particularly when the output connection element of the drive is biased by a biasing spring in the direction opposite the working stroke of the diaphragm. Of course, the force of the biasing spring must be less than the force that can be supplied by the working diaphragm. The prestressing spring is preferably selected such that the prestressing force available at the output connection element is 5 to 25% less than the actuating force available on the diaphragm.

Der im Antriebsgehäuse integrierte Kraftumsetzer kann prin­zipiell beliebiger Art sein, solange er sich im Rahmen eines jeweils verfügbaren Bauraumes eingliedert und den jeweiligen Anwendungserfordernissen gerecht wird. So können als Kraftumsetzer beispielsweise Hebeltriebe, Kurbeltriebe, Kurventriebe, Zahntriebe oder gegebenenfalls auch Kettentriebe, insbesondere einfacherer und kleinerer Bauart im Antriebsgehäuse integriert werden. Vorzugsweise werden als Kraftumsetzer jedoch einseitige oder zweiseitige Hebel oder Systeme von Hebeln eingesetzt, die für den vor­liegenden Zweck die optimalen Eigenschaften bieten. Hebel sind kostengünstig, wartungsfrei, zuverlässig und erfordern überdies kaum nennenswerten Einbauraum. Dabei können selbst bei kleinsten Gehäuseabmessungen Kraftumsetzungen im Verhält­nis 10:1 ohne weiteres erreicht werden.In principle, the power converter integrated in the drive housing can be of any type, as long as it is integrated into the available space and meets the respective application requirements. For example, lever drives, crank drives, cam drives, pinions or possibly chain drives, in particular of a simpler and smaller design, can be integrated in the drive housing as force converters. However, one-sided or two-sided levers or systems of levers which offer the optimum properties for the present purpose are preferably used as force converters. Levers are inexpensive, maintenance-free, reliable and, moreover, require hardly any installation space worth mentioning. You can do it yourself with the smallest housing dimensions, power conversions in the ratio 10: 1 can be easily achieved.

Bei der Verwendung von Hebeln als Kraftumsetzer können diese als einfache einseitige oder zweiseitige Hebel ausgebildet sein und sind dann vorzugsweise in der Transversalebene radial ausgerichtet angeordnet, und zwar insbesondere mehrere gleich­sinnig wirkende Hebel, die mit gleichem Winkelabstand vonein­ander verteilt angeordnet sind.When levers are used as force converters, they can be designed as simple one-sided or two-sided levers and are then preferably arranged radially aligned in the transverse plane, in particular a plurality of levers acting in the same direction, which are arranged at the same angular distance from one another.

Neben solchen einfachen einseitigen und zweiseitigen Hebeln können vorteilhafterweise auch Gelenkhebelsysteme als Kraft­umsetzer in den Gehäusen der Stellantriebe gemäß der Erfin­dung integriert werden. Im einzelnen kann der Fachmann je nach Aufgabenstellung aufgrund seines Fachwissens ohne weiteres die geeignete Lösung ermitteln.In addition to such simple one-sided and two-sided levers, articulated lever systems can also advantageously be integrated as force converters in the housings of the actuators according to the invention. Depending on the task, the specialist can easily determine the appropriate solution based on his specialist knowledge.

Während bei Stellantrieben mit geringerer Ausgangskraft für die axiale Lagerung und Führung des Ausgangsanschlußelementes meist ein einfaches Gleitlager reicht, ist es für die Stell­antriebe gemäß der Erfindung, bei denen ausgangsseitig höhere Kräfte wirken, durchaus vorteilhaft, das Ausgangsanschluß­element mittels eines Wälzkörperlagers, insbesondere vorzugs­weise mittels eines hülsenförmigen Wälzkörperlagers, axial verschiebbar zu lagern. Dadurch können mit vertretbarem Kostenaufwand eine hohe Stabilisierung auch gegen seitliche Störkräfte bei gleichzeitig wesentlich vermindertem Lager­verschleiß und eine Verbesserung der Zuverlässigkeit des Antriebs erreicht werden.While a simple plain bearing is usually sufficient for actuators with a lower output force for the axial mounting and guiding of the output connection element, it is entirely advantageous for the actuators according to the invention, in which higher forces act on the output side, that the output connection element by means of a rolling element bearing, particularly preferably by means of a sleeve-shaped one Rolling element bearing, axially displaceable. As a result, a high level of stabilization, even against lateral disturbing forces, and at the same time significantly reduced bearing wear and an improvement in the reliability of the drive can be achieved at a reasonable cost.

Insbesondere bei einer solchen Wälzkörperlagerung des Aus­gangsanschlußelementes ist dieses dann vorzugsweise am Boden eines becherförmigen oder kragenbecherförmigen axial über das Wälzlager verschiebbaren Gehäuseeinsatzteils ange­ordnet, wobei dieses becherförmige Teil dann gleichzeitig als Vorspannfedergehäuse dienen kann. Die Vorspannfeder ist bei dieser Ausgestaltung des Antriebs dann beispielsweise unmittelbar auf dem inneren Boden des Einsatzes und gegen­überliegend an einem sich transversal durch das Antriebs­gehäuse erstreckenden ortsfest im Gehäuse fixierten Gehäuse­einsatzteil abgestützt. Diese Vorspannfeder wird bei Beauf­schlagung der Arbeitskammer mit Unterdruck als Druckfeder, bei Beaufschlagung der Arbeitskammer mit Überdruck als Zugfeder ausgebildet sein.In particular in the case of such a rolling element bearing arrangement of the output connection element, this is then preferably arranged on the bottom of a cup-shaped or collar cup-shaped housing insert part which can be displaced axially via the rolling bearing, this cup-shaped part then simultaneously can serve as a preload spring housing. In this embodiment of the drive, the biasing spring is then supported, for example, directly on the inner bottom of the insert and opposite it on a housing insert part which is fixed in the housing and extends transversely through the drive housing. This pretensioning spring is designed as a compression spring when the working chamber is subjected to negative pressure, and as a tension spring when the working chamber is subjected to excess pressure.

Insbesondere bei der Verwendung von Hebelsystemen als Kraf t­umsetzer werden für die Hebel vor allem stabile Widerlager benötigt. Zu diesem Zweck wird nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine in ein Kunststoffgehäuse des Antriebs eingesetzte metallische Lagerschale so ausge­staltet, daß deren Ränder gleichzeitig als Widerlager für die kraftumsetzenden Hebelsysteme dienen können. Solche hülsenförmigen Lagerschaleneinsätze werden insbesondere durch Reibschluß im Kunststoffgehäuse des Antriebs fixiert.Particularly when using lever systems as force converters, stable abutments are required above all for the levers. For this purpose, according to an advantageous embodiment of the invention, a metallic bearing shell inserted into a plastic housing of the drive is designed in such a way that its edges can simultaneously serve as abutments for the force-converting lever systems. Such sleeve-shaped bearing shell inserts are fixed in particular by frictional engagement in the plastic housing of the drive.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungs­beispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur, nämlich die

  • Fig. 1 im Axialschnitt einen fluidbeauf schlagbaren steuerantrieb mit zweiteiligem Kunststoff­gehäuse.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment in conjunction with the drawing. The only figure shows, namely the
  • Fig. 1 in axial section a fluidbeauf beatable control drive with two-part plastic housing.

In der Fig. 1 ist im Axialschnitt ein fluidbeaufschlagbarer Steuerantrieb, genauer, ein mit Unterdruck beaufschlagbarer Steuerantrieb dargestellt, der ein zweiteiliges Gehäuse auf­weist. Die beiden Gehäuseteile 1,2 bestehen aus Kunststoff und sind durch eine Ultraschallschweißnaht 3 fluiddicht und druckfest miteinander verbunden. Ortsfest im Gehäuse 1,2 ist ein Gehäuseeinsatz 4 eingeschlossen, der aus einem Zylinderring­ abschnitt 5 und einem zentralen trichterförmigen Teil 6 be­steht, das sich zu einer querliegenden Arbeitsmembran 7 hin öffnet und dessen Außenrand mit einem der beiden Ränder des zylindrischen Abschnittes 5 des Gehäuseeinsatzteils 4 so ver­bunden ist, daß der trichterförmige zentrale Abschnitt zumindest im wesentlichen vom zylindrischen Abschnitt 5 umgeben ist. Auf der Membranseite des ortsfest gehalterten Gehäuseeinsatzteils 4 ist eine Ringnut 8 ausgespart, in die eine periphere Dichtring­wulst 9 der Arbeitsmembran 7 eingedrückt ist. Das mit einem Anschlußstutzen 10 versehene Gehäuseteil 1 weist eine Schulter 11 auf, die eine Dichtringschneidkante aufweist, die bei geschlosse­nem Gehäuse fluiddicht und druckfest in die Dichtringwulst der Arbeitsmembran 7 eingepreßt ist. Dadurch entsteht im Gehäuse­teil 1 über der dem Anschlußstutzen 10 zugewandten Seite der Arbeitsmembran 7 eine Arbeitskammer 13, die über den Anschluß­stutzen 10 mit Unterdruck beaufschlagbar ist.1 shows an axial section of a control drive which can be acted on by fluid, more precisely, a control drive which can be acted upon by vacuum and which has a two-part housing. The two housing parts 1, 2 are made of plastic and are connected to one another in a fluid-tight and pressure-tight manner by an ultrasonic weld 3. Fixed in the housing 1, 2 is a housing insert 4, which consists of a cylindrical ring section 5 and a central funnel-shaped part 6, which opens towards a transverse working membrane 7 and the outer edge of which is connected to one of the two edges of the cylindrical section 5 of the housing insert part 4 in such a way that the funnel-shaped central section is at least essentially separated from the cylindrical section 5 is surrounded. On the membrane side of the stationary housing insert 4, an annular groove 8 is recessed into which a peripheral sealing ring bead 9 of the working membrane 7 is pressed. The housing part 1 provided with a connecting piece 10 has a shoulder 11 which has a sealing ring cutting edge which, when the housing is closed, is pressed into the sealing ring bead of the working membrane 7 in a fluid-tight and pressure-tight manner. This creates a working chamber 13 in the housing part 1 above the side of the working diaphragm 7 facing the connecting piece 10, which working chamber 13 can be subjected to negative pressure via the connecting piece 10.

Die Arbeitsmembran 7 ist zentral mit einer formsteifen napf­artigen Arbeitsplatte 14 verbunden, durch deren Querschnitt­fläche im wesentlichen die an der Arbeitsmembran verfügbare Kraft bei Beauf schlagung eines konstanten Unterdrucks bestimmt ist. Die Arbeitsplatte 14 ist zentral mit einem Koppelzapfen 15 starr verbunden, die in den trichterförmigen Teil 6 des orts­festen Gehäuseeinsatzteils 4 hineinragt.The working membrane 7 is centrally connected to a dimensionally stable cup-like worktop 14, through the cross-sectional area of which the force available on the working membrane is substantially determined when a constant negative pressure is applied. The worktop 14 is rigidly connected centrally to a coupling pin 15 which projects into the funnel-shaped part 6 of the fixed housing insert part 4.

Der Teil des Gehäuses 1,2, der auf der dem Einlaßstutzen gegen­überliegenden Seite der Membran definiert ist, dient im wesent­lichen als Druckausgleichsraum 16, der zumindest im wesentlichen auf Umgebungsdruck liegt. Dem Anschlußstutzen 10 axial gegen­überliegend ist aus dem Druckausgleichsraum 16 des Gehäuseteils 2 ein Ausgangsanschlußelement 17 herausgeführt. Bei dem hier in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Ausgangsan­schlußelement 17 als Gabel angeordnet, zwischen deren beiden Schenkeln auf einem Zapfen 18 eine Rollwalze 19 drehbar gelagert ist.The part of the housing 1, 2 that is defined on the side of the diaphragm opposite the inlet connector essentially serves as a pressure compensation chamber 16, which is at least essentially at ambient pressure. An outlet connection element 17 is led out axially opposite the connecting piece 10 from the pressure compensation space 16 of the housing part 2. In the embodiment shown here in the figure, the output connection element 17 is arranged as a fork, between the two legs of which a roller 19 is rotatably mounted on a pin 18.

Am freien Ende des Koppelzapfens 15 ist eine Ringschulter­platte 20 angeformt, auf der drei einzelne Hebel 21 mit ihrem radial inneren Endbereich aufliegen. Die drei Hebel 21 liegen in der Transversalebene und sind radial ausgerichtet und so über den Umfang verteilt angeordnet, daß die drei Hebelarme jeweils untereinander den gleichen radialen Winkelabstand auf­weisen. Der trichterförmige Abschnitt 6 des ortsfest fixier­ten Gehäuseeinsatzteils 4 weist Fensterdurchbrüche 22 auf, durch die die Hebel 21 jeweils mit radialer Streckung frei hindurch­greifen. Mit ihrem radial außen liegenden Ende liegen die He­bel 21 jeweils auf einem Widerlager auf, das durch die stirn­seitige Kante 23 einer Kragenhülse 24 gebildet ist, die ihrer­seits aus Metall besteht, hier korrosionsbeständiger Stahl, und die unter Reibschluß fest im Gehäuseteil 2 im Bereich des Druckausgleichsraums eingepreßt ist. Der weiter zum Ausgangs­anschlußelement 17 liegende Abschnitt der Kragenhülse 24 dient als Lagerschale für ein hülsenförmiges Wälzlager 25, das axial verschiebbar einen beweglichen, kragenbecherartigen und eben­falls aus Metall bestehenden, zumindest im wesentlichen form­komplementären Gehäuseeinsatz 26 führt und lagert. Im Boden 27 des kragenbecherartigen axial beweglichen Gehäuseeinsatzes 26 ist das Ausgangsanschlußelement 17 starr verankert. Im Kragen­bereich 28 weist das kragenbecherartige bewegliche Gehäuse­einsatzteil 26 mit gleichem Winkelabstand voneinander drei radiale Durchbrüche 29 auf, durch die jeweils ein Hebel 21 hindurchgreift. Zwischen einer Ringfalznut 38, die am radial inneren freien stirnseitigen Ende des trichterförmigen Teils 6 des ortsfest fixierten Gehäuseeinsatzteils 4 ausgebildet ist und der Innenseite des Bodens 27 des kragenbecherartigen Ge­häuseeinsatzes 26 ist eine Druckfeder 31 eingespannt, die den verschiebbaren Gehäuseeinsatz 26 relativ zum Gehäuse in Richtung zum Ausgangsanschlußelement, also weg von der Arbeitskammer 13, derart vorspannt, daß die arbeitskammerseitigen Oberkanten der radialen Durchbrüche 29 im Kragenbereich 28 des beweglichen Ge­ häuseeinsatzteils 26 jeweils die Hebel 21 auf ihre Auflager 30 und Widerlager 23 niederzwingen.An annular shoulder plate 20 is formed on the free end of the coupling pin 15, on which three individual levers 21 rest with their radially inner end region. The three levers 21 lie in the transverse plane and are radially aligned and so distributed over the circumference that the three lever arms each have the same radial angular distance from one another. The funnel-shaped section 6 of the fixedly fixed housing insert 4 has window openings 22 through which the levers 21 each extend freely with radial extension. With their radially outer end, the levers 21 each rest on an abutment, which is formed by the end edge 23 of a collar sleeve 24, which in turn consists of metal, here corrosion-resistant steel, and which is frictionally locked in the housing part 2 in the area of the pressure equalization space is pressed. The section of the collar sleeve 24 lying further to the output connection element 17 serves as a bearing shell for a sleeve-shaped roller bearing 25 which axially displaceably guides and stores a movable, collar-cup-like and also made of metal, at least essentially complementary shape, housing insert 26. The output connection element 17 is rigidly anchored in the bottom 27 of the collar-cup-like axially movable housing insert 26. In the collar area 28, the collar cup-like movable housing insert part 26 has three radial openings 29 with the same angular distance from one another, through which a lever 21 extends. Between an annular groove 38, which is formed at the radially inner free end of the funnel-shaped part 6 of the fixed housing insert part 4 and the inside of the bottom 27 of the collar-like housing insert 26, a compression spring 31 is clamped, which the displaceable housing insert 26 relative to the housing in the direction of Output connection element, that is, away from the working chamber 13, so that the upper edges of the radial openings 29 in the working chamber side in the collar region 28 of the movable Ge housing insert 26 each force down the lever 21 on its support 30 and abutment 23.

In dem in Fig. 1 gezeigten Zustand befindet sich der Steueran­trieb in dem durch die Federvorspannung herbeigeführten Zustand, in dem das Ausgangsanschlußelement 17, das auch als Stell­stange oder entsprechend anders gestaltetes Ausgangsanschluß­element ausgebildet sein kann, in seiner axial am weitesten vorgeschobenen Position, während bei Abwesenheit eines Unterdrucks in der Arbeitskammer 13 die Membran 7 mit ihrer Arbeitsplatte 14 eine Konfiguration aufweist und in einer Po­sition steht, die der Ruhestellung entspricht. Bei Beaufschla­gung der Arbeitskammer 13 über den Anschlußstutzen 10 mit einem Unterdruck, der am Kolbenzapfen 15 eine Kraft erzeugt, die größer als die durch die Druckfeder 31 gelieferte Vorspannung ist, wird die Arbeitsplatte 14 der Membran 7 durch die Arbeits­kammer 13 hindurch in Richtung auf den Anschlußstutzen 10 zugezogen. Dabei wird das Auflager 30 der Hebel 21 axial in Richtung der Arbeitskammer 13 angehoben, während die radial außenliegenden Ränder der Hebel 21 auf der stirnseitigen Ring­kante 23 der Kragenhülse 24 als Widerlager unter Verkippen bzw. Verschwenken um einen Auflagedrehpunkt liegenbleiben. Bei dieser Hebelbewegung wird der axial bewegliche kragenbecherartige Gehäuseeinsatz 26, an dessen Boden 27 das Ausgangsanschluß­element 17 starr angebunden ist, gegen die Kraft der Vorspann­feder 31 an den Durchbrüchen 29 auf den Hebeln 21 aufliegend mit in Richtung der Arbeitsplatte 14 der Membran 7 und des Koppelzapfens 15, d.h. mit in Richtung zum Anschlußstutzen 10 gezogen. Das Ausgangsanschlußelement 17 führt also qualitativ die gleiche Bewegung in der gleichen Richtung wie die Arbeits­platte 14 aus. Da die Durchbrüche 29 des beweglichen Gehäuse­einsatzes 26 aber wesentlich dichter am Widerlager 23 der Hebel 21 als das Auflager 30 angreifen, in dem hier gezeig­ten Ausführungsbeispiel ungefähr im Verhältnis von 7:1, wird das Ausgangsanschlußelement 17 mit der rund siebenfachen Kraft unter Überwindung der Vorspannung der Feder 31 in Richtung auf das Gehäuse zu zurückgezogen, und zwar um eine Wegstrecke, die rund ein Siebentel kürzer als die von der Arbeitsplatte 14 der Membran 7 zurückgelegte Arbeitshubstrecke ist.In the state shown in FIG. 1, the control drive is in the state brought about by the spring preload, in which the output connection element 17, which can also be designed as an adjusting rod or a correspondingly differently designed output connection element, is in its axially most advanced position, while in the absence a negative pressure in the working chamber 13, the membrane 7 with its worktop 14 has a configuration and is in a position which corresponds to the rest position. When the working chamber 13 is acted upon via the connecting piece 10 with a negative pressure which generates a force on the piston pin 15 which is greater than the prestress provided by the compression spring 31, the worktop 14 of the membrane 7 is passed through the working chamber 13 in the direction of the connecting piece 10 pulled. The support 30 of the levers 21 is axially raised in the direction of the working chamber 13, while the radially outer edges of the levers 21 remain on the end ring 23 of the collar sleeve 24 as an abutment by tilting or pivoting about a support pivot point. During this lever movement, the axially movable collar-cup-like housing insert 26, on the bottom 27 of which the output connection element 17 is rigidly connected, rests against the force of the prestressing spring 31 at the openings 29 on the levers 21 with in the direction of the worktop 14 of the membrane 7 and the coupling pin 15 , ie with drawn towards the connecting piece 10. The output connection element 17 thus performs the same quality in the same direction as the worktop 14. However, since the openings 29 of the movable housing insert 26 act much closer to the abutment 23 of the levers 21 than the support 30, in the exemplary embodiment shown here approximately in a ratio of 7: 1, the output connection element 17 is approximately seven times as large Force to overcome the preload of the spring 31 in the direction of the housing to be retracted, namely by a distance which is about a seventh shorter than the working stroke distance covered by the worktop 14 of the membrane 7.

Mit anderen Worten, am Ausgangsanschlußelement 17 des Steuerantriebs gemäß Fig. 1 stehen bei kurzen Schaltweg­strecken hohe Schaltkräfte zur Verfügung, so daß der Antrieb beispielsweise als mechanischer Leistungsschalter oder als Stellantrieb und Steuerantrieb dort im Kraftfahr­zeugbau eingesetzt werden kann, wo hohe Ausgangsleistungen zu unmittelbar stellenden Steuerungen und Regelungen benutzt werden.In other words, high switching forces are available at the output connection element 17 of the control drive according to FIG. 1 for short switching travel distances, so that the drive can be used, for example, as a mechanical circuit breaker or as an actuator and control drive in motor vehicle construction where high output powers are used for direct control systems and Regulations are used.

Claims (10)

1. Fluidbeaufschlagbarer Stell- und Steuerantrieb bestehend aus einem fluiddicht und druckfest verschlossenen zweitei­ligen Gehäuse (1,2), in dem durch eine mit einer zentralen Arbeitsplatte (14) ausgerüstete, transversal ausgerichtete Membran (7) eine Arbeitskammer (13) für das Fluid ausge­bildet ist, die über einen Anschlussstutzen (10) von aussen mit dem Arbeitsdruckfluid beaufschlagbar sowie über diesen Anschlussstutzen oder eine andere zweckent­sprechende Anordnung auch wieder entlastbar ist, während auf der der Arbeitskammerseite axial gegenüberliegenden Seite der Membran ein Druckausgleichsraum (16) ausgebildet ist, aus dem ein durch den Arbeitshub der Membran ver­stellbares Ausgangsanschlusselement (17) herausgeführt ist,
gekennzeichnet durch
einen im Inneren des Gehäuses (1,2) angeordneten über­setzenden oder untersetzenden Kraftumsetzer (13,21,23,29) im Kraftübertragungsstrang zwischen der Arbeitsplatte (14) der Membran (7) und dem Ausgangsanschlusselement(17).1. Fluid-actuated actuator and control drive consisting of a fluid-tight and pressure-tight closed two-part housing (1, 2), in which a working chamber (13) for the fluid is formed by a transversely aligned membrane (7) equipped with a central work plate (14) which can be acted upon from the outside with the working pressure fluid via a connecting piece (10) and can also be relieved via this connecting piece or another suitable arrangement, while a pressure equalization chamber (16) is formed on the side of the membrane axially opposite the working chamber side, from which a the outlet connection element (17) adjustable through the working stroke of the membrane is led out,
characterized by
a translating or reducing force converter (13, 21, 23, 29) arranged in the interior of the housing (1, 2) in the power transmission line between the worktop (14) of the membrane (7) and the output connection element (17). 2. Antrieb nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
eine vorspannfeder (31), die das Ausgangsanschlusselement (17) entgegen der vom Arbeitshub der Membran aufgebrachten Kraft beaufschlagt.2. Drive according to claim 1,
characterized by
a biasing spring (31) which acts on the output connection element (17) against the force applied by the working stroke of the membrane. 3. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kraftumsetzer ein Hebelsystem ist.3. Drive according to one of claims 1 or 2,
characterized by
that the power converter is a lever system. 4. Antrieb nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Hebelsystem aus einer Mehrzahl, insbesondere drei, in gleichem Winkelabstand voneinander in der Trans­versalebene radial angeordneten einseitigen Hebeln (21) besteht. die (a) relativ zum Gehäuse (1,2) radial aussen ortsfest widergelagert oder aufgelagert oder schwenkbar angelenkt sind, (b) radial innen einzeln oder gemeinsam an einem starr mit der Arbeitsplatte (14) der Membran (7) verbundenen Koppelzapfen (15) komplementär aufgelagert oder widergelagert oder ebenfalls schwenkbar angelenkt sind, und die (c) dem jeweils erforderlichen Übersetzungs­verhältnis entsprechend zwischen Auflager (30) und Wider­lager (23) eine kippfähige oder schwenkbare Anlenkung des Ausgangsanschlusselementes aufweisen.4. Drive according to claim 3,
characterized by
that the lever system consists of a plurality, in particular three, one-sided levers (21) arranged radially at the same angular distance from one another in the transverse plane. which (a) are relocated in a fixed position or supported or pivotable relative to the housing (1, 2) radially on the outside, (b) individually or jointly on the radial inside on a coupling pin (15) rigidly connected to the worktop (14) of the membrane (7) Complementally supported or repositioned or also pivoted, and (c) have a tiltable or pivotable articulation of the output connection element between the support (30) and the abutment (23) in accordance with the required transmission ratio. 5. Antrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
gekennzeichnet durch
ein zumindest im wesentlichen transversal ausgerichtetes, transversal und axial formschlüssig fixiertes Gehäuseein­satzteil (4), das die für Koppelglieder (15) und Kraft­umsetzerglieder (21) gegebenenfalls erforderlichen Öffnun­gen und Durchbrüche (22) aufweist und ein Lager oder Auf­nahmeprofil (30) für eine zentrale Abstützung der Vor­spannfeder (31) aufweist.5. Drive according to one of claims 2 to 4,
characterized by
an at least essentially transversely oriented, transversely and axially positively fixed housing insert (4) which has the openings and openings (22) which may be required for coupling members (15) and power converter members (21) and a bearing or receiving profile (30) for central support the biasing spring (31). 6. Antrieb nach Anspruch 5,
gekennzeichnet durch
ein arbeitskammerseitig auf dem Gehäuseeinsatzteil (4) ausgeformtes Ringprofilelement, insbesondere eine zweckentsprechend profilierte Ringnut (8), zur Aufnahme einer peripheren Dichtringwulst (9) der Arbeitsmemebran (7) zur Dichtung des anschlussstutzenseitigen Gehäuseteils (1) gegen das Gehäuseeinsatzteil (4) und damit auch gegen den Druckausgleichsraum (16) des Gehäuses (1,2).6. Drive according to claim 5,
characterized by
an annular profile element formed on the working chamber side on the housing insert part (4), in particular an appropriately profiled annular groove (8), for receiving a peripheral sealing ring bead (9) of the working diaphragm (7) for sealing the housing part on the connection stub side (1) against the housing insert (4) and thus also against the pressure compensation chamber (16) of the housing (1,2). 7. Antrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
gekennzeichnet durch
einen kragenbecherartigen axial verschiebbaren Gehäuseein­satz (26), an dessen Boden (27) das Ausgangsanschluss­element (17) befestigt oder angeformt und die Vorspann­feder (31) gegenüber dem fixierten Gehäuseeinsatzteil (4) abgestützt sind, und an dessen axial gegenüberliegendem, insbesondere radial erweitertem Kragenbereich (28) Koppel­elemente (21) des Kraftumsetzers angreifen, insbesondere durch radiale Kragendurchbrüche (29) hindurchgreifen7. Drive according to one of claims 2 to 6,
characterized by
a collar cup-like axially displaceable housing insert (26), on the bottom (27) of which the output connection element (17) is fastened or molded and the biasing spring (31) is supported with respect to the fixed housing insert part (4), and on the axially opposite, in particular radially expanded collar area ( 28) attack the coupling elements (21) of the force converter, in particular reach through radial collar openings (29) 8. Antrieb nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der axial verschiebbare Gehäuseeinsatz (26) in einem Wälzlagerkäfig (25) geführt ist.8. Drive according to claim 7,
characterized by
that the axially displaceable housing insert (26) is guided in a roller bearing cage (25). 9. Antrieb nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wälzlagerschale als beidseitig zumindest weit­gehend oder im wesentlichen offene metallische Kragenhülse (26) ausgebildet ist, die unter Reibschluss im Gehäuse (1,2) fixiert ist, und deren Kragenrand (23) als Auflager oder Widelager oder Schwenklagerbock für die Hebel (21) des Hebelsystems oder eines anderen Kraftumsetzers ausge­bildet oder nutzbar ist.9. Drive according to claim 8,
characterized by
that the roller bearing shell is designed as a metal collar sleeve (26) which is at least largely or essentially open on both sides and which is fixed in the housing (1, 2) with frictional engagement, and the collar edge (23) of which as a support or wide bearing or swivel bearing block for the levers (21) of the lever system or another force converter is designed or usable. 10. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Arbeitskammer (13) als Unterdruck-Arbeitskammer zur Beaufschlagung im Unterdruckbereich von 0,4 <= Pu <= 0,9 bar, die Vorspannfeder (31) als Druckfeder und der Kraftumsetzer (30,21,29,23) mit einer Kraftübersetzung im Bereich von 5:1 bis 15:1 ausgebildet sind.10. Drive according to one of claims 1 to 9,
characterized by
that the working chamber (13) as a vacuum working chamber for acting in the negative pressure range of 0.4 <= P u <= 0.9 bar, the biasing spring (31) as a compression spring and the force converter (30, 21, 29, 23) with one Force transmission in the range of 5: 1 to 15: 1 are formed.
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