专利名称：气动促动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的气动促动器(Pneumatischer Aktuator)。
例如由文献DE 195 178 52(D1)、EP 0851 829(D2)和PCT申请PCT/CH02/00370(D3)鲜明地或隐含地公开了没有气缸的气动促动器，和本发明一样，其中的文献D2和D3出自同一申请人。
在文献D1中描述了一种方法，该方法用于简单地由薄膜制造气动和液体的微型操作器。这些操作器的工作原理基于通过可鼓风的并因此而缩短和空气室造成的牵引力，该牵引力在一个稳定的气动支承元件中产生一个弯矩，并导致操作器弯向可鼓风的内室一侧。
文献D2和文献D3的工作原理基本上基于-也如气缸的工作原理那样-一个气动元件的体积增加，大都与至少该元件本身中的压力增高联系在一起。
在文献D2中指的是一个气动的、自适应的翼(Fluegel)，该翼的拱曲可借助于气动元件被改变，这与自身气动的用于操纵副翼的气动促动器一样。
文献D3描述了一种用于操纵盖板式的构件的促动器，其中，该盖板式的构件也可本身被用作促动器。
在文献D1中作为一个第一实施例被描述的操作器的缺点首先在于，在如此小的曲率半径时的表面张力很小，并且借助一个这样构造的操作器只能施加极小的力，而气动支承元件不折弯，并且因此丧失承受压力的任何能力。在文献D1中所说明的是微型操作器，这些微型操作器不适于大比例地应用在宏观范围中以及使用一个或多个牛顿的力。
在文献D2和文献D3中所描述的促动器的缺点在最广泛的意义上首先在于，在操纵所述促动器时所出现的压力-在封闭力矢量多边形的意义上-只能通过一个同样是气动元件的又通过空气压力造成的硬度被承受和抵消，特别是这些最后提及的气动元件按照发明主要由被压力空气作用的、用纺织品制作的构件组成。据此，待承受的压力基本上限制到
F＝P·A其中，F＝力(单位牛顿)，P＝空气压力(单位牛顿/米2)，A＝构件的截面积(单位米2)。
通过文献D2所描述的发明基本在于一个气密的、用纺织品制作的软管，该软管平行于一个可摆动的、盖板式的构件的摆动轴线地装入。如果该软管通过压力空气施以力的作用，则其横向尺寸增加。通过盖板式的、可运动的、沿纵向贴靠在所述的软管上的构件，软管的横向膨胀被接收，并作为力或者力矩被传递到该盖板式的构件上。在D2中描述的促动器的缺点在于其在所有下列问题上应用的局限性即在这里盖板式的构件本身可被用作技术方案，或者在此其简单的可摆动性易于通过其它的推、拉或回转装置可转换成其它的运动或操纵。
本发明的任务在于提供一种很易于成形的、可变更的和可采用的气动促进器，在该气动促进器中，封闭矢量多边形的反作用力不必通过其它的气动元件承担。
上述任务通过权利要求1的必要技术特征来解决，在从属权利要求中反映了本发明的其它的优选的实施形式。
下面通过附图借助多个实施例详细说明本发明的构思。附图示出
图1a 在非活性的状态下，一个第一实施例的截面图，图1b 在活性的状态下，图1a所示的实施例，图1c 图1a所示的实施例的透视图，图2 图1a、1b、1c所示的实施例的一种变型，图3 一个第二实施例的截面图，图4 图1a、1b、1c所示的实施例的另一变型，图5 在非活性状态下一个第三实施例的俯视图，图6 在活性的状态下该第三实施例的透视图，图7a 在活性的状态下一个第四实施例的截面图，图7b 在活性的状态下图7a所示实施例的截面图，图8 在活性的状态下一个第五实施例的截面图，图9 在活性的状态下一个第六实施例的截面图，图10a在非活性的状态下图1a所示实施例的一个变型的截面图，图10b 图10a所示的实施例被用适中的压力促动时的截面图，图10c 图10b所示的实施例被用较高的压力促动时的截面图，图11 图10a、10b、10c所示的实施例的一个应用举例，图12a 在无压力状态下的一个第七实施例，图12b 在其一侧活性的状态下图12a所示的实施例，图13a 在非活性的状态下一个第八实施例的截面图，图13b 在其一侧活性的状态下图13a所示的实施例，图14 在非活性的状态下图7所示的促动器的应用方面的一个实施例的俯视图，图15 在活性的状态下图14所示的实施例的截面图，图16a 在无压力的状态下图3所示的促动器的一个应用举例，图17 图7所示的实施例的改进方案，图18 图4所示的实施例的改进方案。
图1示出了本发明构思的一个第一实施例的截面图，图1a是在非活性的状态下，图1b是在活性的、受压力空气作用的状态下，图1c是图1a的透视图。
在结构上，该第一实施例由一块基本上平的、其厚度恒定的、用一种刚性但可弹性弯曲的材料-如弹簧钢、GFK、CFK制成的板1组成。在该板1上譬如通过粘结固定有一个由譬如芳族聚酰胺纤维制成的高强度的并且延展率很小的纺织物的第一带条2。该固定最好、但不只是沿多个(在这里是5个)条带3进行。在该第一带条2上安置有一个第二带条4，该第二带条通过粘结、缝制或焊接沿相同的条带3与第一带条2固定在一起。如图1c所示，该第二带条4也可沿板1的前缘和后缘5、6与第一带条2相连。在条带3之间，在第一和第二带条2、4的空隙部分中安置有由弹性塑料制成的气囊7，这些气囊7譬如沿边缘5分别具有一个阀8。在这里，板1固定在一个定义为基准系统9的构件中。
如果气囊7受到压力空气的作用，则这些气囊7向侧向膨胀并因此张紧第二带条4，该第二带条4出现在图1b中所示的形状。由于该第二带条4是由可很少延展的纺织材料制成的，并且其长度不由于所示的变形增加，所以通过气囊7的弦按照比例由于第二带条4的鼓出而缩短板1被弯曲。只要条带3之间的间距都一样大小，则形成的弧是一个扇形。就是说，带条2、4的装置是受拉的。由于板1在这种情况下弯曲，所以沿其拱的内侧方向形成一个垂直于板面的分力。力多边形通过板1中的压力被封闭，该压力切向于板1伸展并通过反作用力向其拱的外侧伸展。带条2，4和气囊的所述布局具有特征地称作拉力机构。
就图1所述的情况可有多种变型条带3的间距可不一致，据此，在间距较小时可使板1的曲率半径增大；气囊7可受到不同的压力的作用，据此，较大的压力造成较小的曲率半径；板1的厚度可在板1长度尺寸上发生变化，据此，板1的刚性发生变化；板1的刚性越大，则曲率半径越大。当然，上述多种参数可同时不同于原来的预设值，据此，曲率半径实际上可在板1的长度上任意发生变化。
此外，第一带条2可如图2所示地固定在板1上。在图2中，第一带条2的连接点位于条带10上，条带10不与条带3重合，两个带条2和4沿条带3相互连接，条带10基本上设在气囊7受压力空气作用时条带2最鼓起的地方。条带3和10只在两个带条2、4的端部重合。此外，板1的自身的理论弯曲位置可如此设定板1沿设定的线、譬如线3或线10带有凹槽，据此，较小的弯矩就可导致板1沿所述理论弯曲位置弯曲。
在图3中示出了一个第二实施例。在该图中，带条2，4在板1的下部设在板1的一侧上，在板1的上部设在另一侧上。在气囊7充气的情况下，则得到图3所示形式的S形弯曲。当然可进行多个如此换侧的布局，据此产生多重S形的蛇线。同样，所有的以往描述的可选择的变型可单独地或聚集地布置，从中得出为数很多的发明的技术方案。
图4所示基本上相当于图1的示图，但是板1不在其端部上与基准系统9相连，而是在其中部与该基准系统相连。每个其它的固定位置当然也包含在发明的构思之内。板1则槽形地拱起。如图所示，带条2，4可在与基准系统9的连接位置处中断，或在其上方伸展过去。替代传递力矩的固定方式，也可采用铰接方式，使板1作为一个整体尚能相对于基准系统9摆动。同样，在图4中还可使带条2，4与气囊7一起设在板1的示图中的下侧上，使板1向下拱起。同样，在图4所示的实施例中，也包含了所有描述过的、关于板1的和带条2，4及气囊7一起作为气动元件的构造的变型。
图5示出了第三个实施形式的板1的俯视图。在图5中，条带3或者10不是相互平行地，而是会聚地设置的。条带3，10是直线地设置的，但也可如此弯曲通过所述的缩短使设定的弯矩在板1中得以建立。
在图6中，板1如图1所示的在基准系统9中张紧。但就图4所述的张紧类型属于该实施例，正如涉及到气动元件的所有的变型也是如此。如果在该实施例中气囊7受压力空气作用，则板1以圆锥扇形段的形式弯曲。
在图7中示出本发明构思的一个第四实施例。图7a示出了没有压力的状态，图7b示出了有压力使用的状态。在板1上设有许多个软管式的、由像带条2，4那样少有延展性的纺织材料制成的外罩12。这些外罩12基本上通过粘结、焊接或借助适合的机械连接装置以其整个邻接到板1上的背面进行连接。在这些基本上在板1的整个宽度上伸展的外罩12中，又装有软管式的、具有阀8的气囊7。在没有压力的状态下，气囊7是松弛的，板1具有原始的形状，譬如是平的，如图7a所示。
如果气囊7被充以压力空气，则气囊7膨胀到最大尺寸，该最大尺寸被其外的外罩12所限定。只要外罩12在气囊7充气时有力相互作用在其上，则这些力在板1中导致弯矩，并如果板1原来是平的话，则迫使该板进入到图7b所示的形状中。所得出的曲率半径取决于每个选择的长度单元所使用的带外罩12的气囊7的数目、所施加的空气压力及外罩12的形状，还取决于板1的厚度、板1的材质及弹性模量。由于压力相互作用在气囊7上，并且经由产生的弯矩使板1被气动元件弯开，这些压力得到一个朝向板1的拱内侧的分力。这些压力的主要部分作为拉力在板1中被抵消。气动元件的这种布局现具有特征地被称作压力机构。
如对第一个实施例的说明那样，在该第四个实施例中以下参数也可变化气囊7的间距、板1的厚度、气囊7中的压力等。沿板1的曲率半径可与具体的要求相适配。按照本发明，所述类型的理论弯曲位置也是如此。
图8示出了一个第五实施例并且在基本构思上在气囊7的设置方面与图3所示的实施例一致，其区别在于，第五实施例中的气囊7把压力作用在板1的弯曲外侧上，而在图3所示的实施例中，拉力作用在弯曲的内侧上。为了封闭力多边形，在第五实施例中，板1处于切向于板1伸展的拉力之下；而在图3所示的实施例中，板1处在切向伸展的压力之下。
图9所示的第六个实施例在其下部相对于基准系统9具有图7所示的气囊7的机构、即压力机构，在其上部具有一个根据图1的气囊机构、也就是拉力机构，其中在这两种情况下，气囊7设在板1的相同一侧上，据此当气囊7处于压力下时、如图3和图8所示，板1出现同样的S形变形。
在该第六实施例中，所有已提及的参数也可被变更，据此，可造成大量的变形。同样，在图6，7，8，9所示的实施例中，当然可使所述板在其端部之间的一个位置上与基准系统固定连接或铰接，如就图3所述。
在图10a，10b，10c所示的实施例中，板1的原始形状、如图10a所示，在气囊7处在没有压力的状态下时是弯曲的，也就是说，图1所示的气囊7和带条2，4设在该弯曲的外侧上。
通过在气囊7中有适中的压力，板1可被置于平直的形状，如图10b所示。在压力加大时，板1被弯成图10c所示的形状。在同样地将板1预弯曲成图10a所示的形状时，只要气囊7设在板1的与图10a相对照另一侧上，用图7所示的气囊7的受压布局可造成相同的效果。
图11是本发明的一个第一实施例的视图。该视图示意地示出了汽车座位13的前视图。象通常那样，该汽车座13分成一个座垫14和两个侧垫15。在座垫14和两侧垫15之间装有一个譬如图10所示的气动促动器17，并锚定在一个作为基准系统9的座位框架16之中。在没有压力的状态下，两个促动器17贴靠在座垫15上并形成它的一部分。如果气囊7受压力空气作用，则板1向内弯曲，直至从侧面-截面示意地看-贴靠到驾车人的大腿18上为止，并且在汽车转弯时从侧面支承大腿18。
在图12所示的第七个实施例中，图1或2所示的气动元件设在板1的两侧上。图12a示出了在没有压力状态下板1处于平坦位置即中间位置时拉力机构的气动促动器17。在图12b中，板1的左侧上的气动元件有压力、即在活性的状态下，在图12c中，板1的右侧上的气动元件设有压力。据此，形成一个可双侧控制的促动器17。
图13所示的第八实施例的结构与图12的相似，但采用的是图7所示的实施例的气动元件、即压力机构。在该第八实施例中，板1的上端上还铰接地安装有一个倾斜台19，该倾斜台19沿板1的整个垂直于绘图平面伸展的宽度延伸。该倾斜台19在其端部也具有铰链20，其它两个可弯曲的板21的上端部支承在这些铰链中。这两个板21的下端部固定在基准系统9上。
如果气囊7在板1的图13a、13b中的左侧上被压力空气作用，则板1如就图7b所示，向右弯曲。其它的板21也同样比例地弯曲。据此，这种结构的促动器可防机械损伤。
当然，具有其它的板21的结构可在所有的前述实施例中实现。图13所示的促动器17譬如可在件货和散货运输装置中用作转辙器。
图14和15示出了在以往描述的促动器、譬如图7所述的促动器17的应用方面本发明构思的另一实施例。在该应用实施例中示出的是也可采用基本上具有单轴弯曲的促动器17，以便操纵多轴弯曲的装置。该在举例的意义上选择的装置是汽车的前导流板22。图14示出了俯视图，图15示出了AA截面图。前导流板22的基本上规定的隆起如此地被觉察，即多个、譬如7个如图7所示的促动器17以受压布局沿作为基准系统9的保险杠缓冲器23固定。在没有压力的状态下，这些促动器17处在保险杠缓冲器23的一个凹槽24中，据此，反正位于板1的上侧/后侧上的气动元件是可防污物、石块冲击和潮湿的。在这些促动器外面/前面覆盖有一个弹性的套25，该套25一方面可使形状平滑，另一方面可保护促动器27。
如果前导流板22现被抽出，则气动元件被激活，板1向前/向下弯曲并且同时使弹性套25膨胀。在本发明的意义上，可在该促动器17的后侧上设置另一块具有倾斜台19的板21；附加地，板1，21在侧面可通过一个弹性塑料来连接，据此，气动元件可完全防风雨侵蚀。
随着套25的形状的及促动器17的数目的相应改变，该实施例当然也可用于后导流板。凹槽24则置于汽车的后背箱部位中，并且所述套25在后导流板缩回的状态下平滑地覆盖整个装置。
图16示出了譬如图3所示的气动促动器17在一个拉力机构中的实施例，在该实施例中，促动器17产生一个扭矩并且该扭矩可施加给另一装置。该实施例只有举例的特征。该促动器可绕一个轴线26摆动地支承在基准系统9上，并且借助两个可摆动的板27铰接地得以导向，并且在没有压力的状态下譬如是平坦的。在其气动元件处于压力之下时，则板1呈例如已经所述的S形变形。这使板1绕轴线26旋转，该旋转通过一个只有象征意义的指针28来表示。当然，替代图3所示的拉力机构形式的促动器17，也可包括所有已叙述的变型的促动器地采用图8所示的压力机构形式的促动器17。
在图17中示出了气动促动器17的另一实施例。一个杆29最好铰接地支承在图17所示的板1的上端上，该杆29可传递拉力和压力。以压力机构形式的促动器17的结构如图7a，7b所示，有所补充的是，具有外罩12的气囊7设在板1的两侧。据此，该促动器17可在两侧被弯曲，这连同杆29的相应的工作行程。在本发明的意义上，图1，2，7，10，12，13所示的所有装置均可采用这样的杆29或机械等效的机械元件。在很多应用场合中，一个这样的、示意描述的装置可取代气缸，其优点在于，待克服的摩擦小到可忽略不计。
图18示出了图4所示的实施例的一个相应的实施形式。在该实施例形式中，板1的两端分别铰接地支承一个杆29。在气囊7没有压力的状态下，板1如图所示可以是弯曲的。据此，杆29的力/行程特性可简单地与具体的需求相适配。
权利要求
1.气动促动器，其特征在于，该气动促动器的结构具有-一个具有弯曲弹性的板(1)，-至少两个纵向延伸的、并列的和部分与板(1)相连的、柔性的、但可少有延展能力的气动的压力管路，所述压力管路如此地固定和设置在板(1)上，使得在压力气体作用下该压力管路产生平行于板(1)伸展的切向力，该切向力导致板(1)弯曲。
2.按照权利要求1所述的气动促动器，其特征在于，所述压力管路由一个用少有延伸能力的纺织材料制成的柔韧的外罩(4a，12)和一个置入该外罩(4a，12)中的、压力气体气密的气囊(7)组成。
3.按照权利要求2所述的气动促动器，其特征在于，-所述外罩(4a)由一个用一种少有延伸能力的纺织材料制成的第一带条(2)及一个又用一种少有延伸能力的纺织材料制成的、覆盖第一带条(2)的第二带条(4)组成，该第一带条(2)在基本上相互平行伸展的条带(3)处与板(1)相连接，该第二带条(4)沿所述的条带(3)与第一带条(2)相连，由此所述纵向延伸的外罩(4a)在带条(2，4)之间形成，-气囊(7)装入到外罩(4a)中，-在气囊(7)充以压力气体时，条带(3)之间的带条(2，4)拱起，并据此切向伸展的拉力施加到板(1)上，这导致板(1)朝向压力管路的一侧弯曲，从而定义了一个拉力机构。
4.按照权利要求2所述的气动促动器，其特征在于，-所述外罩(4a)由一个用一种少有延伸能力的纺织材料制成的第一带条(2)及一个又用一种少有延伸能力的纺织材料制成的、覆盖第一带条(2)的第二带条(4)组成，该第一带条(2)在基本上相互平行伸展的条带(10)处与板(1)相连接，该第二带条(4)沿平行于所述条带(10)伸展的条带(3)与第一带条(2)相连，由此所述纵向延伸的外罩(4a)在带条(2，4)之间形成，-气囊(7)装入到外罩(4a)中，-在气囊(7)受压力作用时，条带(3)之间的带条(2，4)拱起，并据此将切向伸展的拉力施力到板(1)上，这导致板(1)朝向压力管路的一侧弯曲，从而也定义了一个拉力机构。
5.按照权利要求2所述的气动促动器，其特征在于，-所述外罩(12)是软管式的，并由少有延伸能力的纺织材料制成，-所述外罩(12)在其周围的一部分上与板(1)相连，-气囊(7)装入到外罩(12)中，并且气囊(7)与外罩(12)一起形成压力管路，-在对气囊(7)充以压力气体时，压力管路相互施加压力，据此形成切向于板(1)伸展的压力，这导致板(1)朝向板(1)的背向压力管路的一侧弯曲，据此定义了一个压力机构。
6.按照权利要求3或4所述的气动促动器，其特征在于，每个板只存在一个由多个压力气囊形成的拉力机构。
7.按照权利要求3或4所述的气动促动器，其特征在于，每个板存在至少两个分别由多个压力气囊形成的拉力机构。
8.按照权利要求7所述的气动促动器，其特征在于，所有的拉力机构设在板(1)的同一侧。
9.按照权利要求7所述的气动促动器，其特征在于，所述拉力机构相互交替地设在板(1)的两侧上，据此在这些拉力机构同时受压力作用时使板(1)产生多S形的弯曲。
10.按照权利要求7所述的气动促动，其特征在于，所述拉力机构设在板(1)的两侧上，并且可相互交替地充以压力气体，使板(1)可选择地朝向一侧或另一侧弯曲。
11.按照权利要求5所述的气动促动器，其特征在于，每个板只存在一个由多个压力气囊形成的压力机构。
12.按照权利要求5所述的气动促动器，其特征在于，每个板存在至少两个分别由多个压力气囊形成的压力机构。
13.按照权利要求12所述的气动促动器，其特征在于，所有的压力机构设在板(1)的同一侧上。
14.按照权利要求12所述的气动促动器，其特征在于，所述压力机构相互设在板(1)的两侧上，据此在所述压力机构同时受到压力作用时板(1)产生多S形的弯曲。
15.按照权利要求7所述的气动促动器，其特征在于，所述压力机构设在板(1)的两侧上，并且可相互交替地充以压力气体，这样使板(1)可选择地朝向一侧或另一侧弯曲。
16.按照权利要求3或4、和6所述的气动促动器，其特征在于，每个板(1)分别存在至少一个拉力机构和一个压力机构，并且它们固定在板(1)上。
17.按照权利要求16所述的气动促动器，其特征在于，该拉力机构和压力机构设在板(1)的同一侧上，板(1)在该拉力机构和压力机构同时受压力作用时至少呈单S形的弯曲。
18.按照权利要求3或4、和5所述的气动促动器，其特征在于，每个板(1)存在至少一个拉力机构和一个压力机构，并且它们固定在板(1)上。
19.权利要求6或11所述的气动促动器作为一个汽车座(13)的可气动激活的侧支承装置的应用，其特征在于，-分别在座垫(14)的每一侧上设有一个气动促动器(17)，该气动促动器(17)固定在一个作为一个固定的基准系统(9)的座位框框架(16)上，-该气动促动器(17)具有一个在气动促动器(17)没有压力的状态下弯曲的板(1)，该板(1)在没有压力的状态下可贴靠在侧垫(15)上，-该气动促动器(17)可充以压力气体，并如此地弯离侧垫(15)，并且可至少部分地贴靠在驾车人的大腿(18)上，并侧面地支承大腿。
20.权利要求11所述的气动促动器作为一辆汽车的可气动激活的前导流板(22)的应用，该前导流板具有一个前保险杠缓冲器(23)和一个在其后面布置的用于容纳没有压力的前导流板(22)的凹槽(24)，其特征在于，-至少一个气动促动器在板(1)的一端沿保险杠缓冲器(23)固定在汽车的下侧上，其中，压力机构分别设置和固定在每个板(1)的上侧上，-该至少一个气动促动器至少在汽车的正常行驶方向上前方具有一个用弹性塑料制作的套(25)，并被该套覆盖，用以保护该气动促动器，-该至少一个气动促动器在受压力气体作用时向前和下弯曲，并且据此具有前导流板的形状并承担前导流板的功能，-该至少一个气动促动器在去除气体压力时通过板(1)的弹性弯曲回凹槽(24)中。
21.按照权利要求20所述的前导流板(22)，其特征在于，该前导流板(22)由至少三个气动促动器组成，该气动促动器用一个共同的、由弹性塑料制作的套(25)覆盖。
22.权利要求11所述的气动促动器作为一辆汽车的可气动激活的后导流板的应用，该后导流板具有一个行李箱和一个设在该行李箱中的、用于容纳没有压力的后导流板的凹槽(24)，其特征在于，-至少一个气动促动器在板(1)的一端固定在凹槽(24)的边上，其中，压力机构分别设置和固定在每个板(1)的下侧上，-该至少一个气动促动器至少在上方具有一个由弹性塑料制成的套(25)，并被该套覆盖，-该至少一个气动促动器在受压力气体作用时向上并向前弯曲，并据此具备后导流板的形状并承担后导流板的功能，-该至少一个气动促动器在去除气体压力时通过板(1)的弹性弯曲回凹槽(24)中。
全文摘要
根据本发明的气动促动器由一个譬如平的板(1)构成，该板固定在一个基准系统(9)中。在板(1)的一侧上沿多个条带(3)譬如通过粘结固定有一个由高强度的、很少能延展的纺织物制成的第一带条(2)。一个最好由相同的材料制成的第二带条(4)放置到该第一带条(2)上，并沿条带(3)与该第一带条(2)相连接。由一种弹性塑料制成的气囊(7)装入到条带(3)之间第一和第二带条(2，4)的空隙部分中，该气囊(7)的两侧是封闭的，并分别具有一个阀(8)。气囊(7)通过阀(8)可充以压力气体。据此，第二带条(4)拱起，并且据此出现的力使一个弯矩作用到板(1)上，据此板(1)在侧向弯开。
文档编号F15B15/00GK1650110SQ03810096
公开日2005年8月3日 申请日期2003年2月17日 优先权日2002年3月4日
发明者L·克雷克斯, T·穆尔 申请人:未来概念公司