DE29906627U1

DE29906627U1 - Betätigungseinrichtung

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Publication number: DE29906627U1
Application number: DE29906627U
Authority: DE
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2009-04-15
Also published as: WO2000061951A1

Description

G 18710 - les 04.03.1999

FESTO AG & Co, 73734 Esslingen Betätigungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine durch Fiuidkraft aktivierbare Betätigungseinrichtung, mit einem sich zwischen zwei b e abstandeten Kopfstücken erstreckenden Schlauchkörper, dessen Innenraum mit einem fluidischen Druckmedium beaufschlagbar ist, und mit einer an den beiden Kopfstücken fixierten, zum Schlauchkörper koaxialen Strangstruktur, die zwei in überkreuzfiguration angeordnete Stranggruppen mit innerhalb einer jeweiligen Stranggruppe mit gleicher Längsorientierung nebeneinander verlaufenden biegeflexiblen Strängen enthält.

Eine Betätigungseinrichtung dieser Art geht aus der EP 0 161 750 Bl hervor. In diesem bekannten Fall ist der aus biegeelastischem Material bestehende Schlauchkörper außen von einer aus Fasermaterial bestehenden Strangstruktur umschlossen, die sich aus zwei Stranggruppen zusammensetzt, die relativ zueinander eine überkreuzkonfiguration einnehmen. Dabei sind die Stranggruppen untereinander ver-

flochten, so daß sich eine knotenlose Vernetzung ergibt. Durch Druckbeaufschlagung seines Innenraumes dehnt sich der Schlauchkörper radial aus, was durch Zusammenwirken mit der Strangstruktur eine Verringerung des Abstandes zwischen den beiden Kopfstücken bewirkt.

Im Kontaktbereich der beiden Stranggruppen tritt im Betrieb der Betätigungseinrichtung eine relativ starke Reibung auf. Die vernetzten Stränge über- und untergreifen sich in ihren Kreuzungsbereichen, was bei der anfänglichen Druckbeaufschlagung des Innenraumes des Schlauchkörpers zunächst einen Streckungsprozeß in der Strangstruktur hervorruft, wobei die Stränge aneinander abgleiten. Man hat daher in der EP 0 161 750 Bl bereits vorgeschlagen, an den Schnittpunkten der Stränge der beiden Stranggruppen ein Schmiermittel aufzubringen, um dadurch die Reibung zu verringern. Bei einer längeren Betriebsdauer ist allerdings zu befürchten, daß das Schmiermittel sich entweder verflüchtigt oder, wenn es als Beschichtung auf die Stränge aufgebracht ist, abgeschabt wird, und dadurch die schmierende Wirkung nachläßt oder ganz entfällt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Betätigungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Strangstruktur auch bei längerer Betriebsdauer wenig verschleißgefährdet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die
Stranggruppen untereinander unvernetzt sind und sich koaxi al umschließen.

Auf diese Weise verlaufen die beiden Stranggruppen praktisch in zwei sich koaxial umschließenden hohlzylindrisehen
Schichten, die sich nicht durchsetzen, so daß die
einzelnen Stränge einen wesentlich gestreckteren Verlauf haben, als wenn sie sich wie im Falle der vernetzten
Struktur des Standes der Technik alternierend über- und
untergreifen. Die Relativbewegungungen aneinander anliegender
Stränge bei der Aktivierung der Betätigungseinrichtung werden somit stark reduziert, was zu einer Verringerung der Reibung beiträgt und das Ansprechverhalten der Betätigungseinrichtung verbessert. Damit verbunden ist eine längere Lebensdauer mit optimiertem Wirkungsgrad.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Eine weitere Verbesserung der erwähnten Faktoren ergibt sich, wenn die einzelnen Stränge innerhalb der jeweiligen Stranggruppe mit Abstand nebeneinander verlaufen. Mangels unmittelbarem Kontakt benachbarter Stränge wird eine weitere Reduzierung der Reibung bewirkt. Zweckmäßigerweise ist zwischen den einzelnen
Strängen einer jeweiligen Stranggruppe ein die Berührung verhinderndes Material plaziert, das nachgiebige Eigen-

schäften hat, um die im Betrieb der Betätigungseinrichtung erforderlichen Bewegungen der Strangstruktur zu gewährleisten.

Eine weitere Optimierung des Aufbaus der Betätigungseinrichtung ergibt sich, wenn die beiden Stranggruppen durch ein dazwischenliegendes nachgiebiges Material ständig auf Abstand zueinander gehalten werden. Dadurch wird eine unmittelbare Berührung zwischen den beiden Stranggruppen vermieden und der Verschleiß um einen weiteren beträchtlichen Faktor verringert.

Zweckmäßigerweise sind die Stranggruppen gemeinsam in ein flexibles und vorzugsweise gummielastisches Material wie Gummi oder ein Elastomermaterial eingebettet. Dabei sind die Stranggruppen insbesondere vollständig von dem Materi al umschlossen .

Die Stranggruppen können beispielsweise in separater Form koaxial am Außenumfang des Schlauchkörpers angeordnet sein. Ist ihnen ein den Abstand gewährleistendes Material zugeordnet, könnten sie prinzipiell gemeinsam mit diesem Material ebenfalls als separate Struktur den Schlauchkörper koaxial umschließen. Zugunsten einer einfachen Fertigung und einer Reduzierung des erforderlichen Materials ist es jedoch vorteilhafter, die Stränge unmittelbar

in den Schlauchkörper zu integrieren, so daß das den Abstand garantierende Material vom Schlauchkörper gebildet ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Bauform der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung in einer Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt, wobei die linke Bildhälfte einen deaktivierten und die rechte Bildhälfte einen aktivierten Betriebszustand der Betätigungseinrichtung zeigt,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Betätigungseinrichtung, deren den Schlauchkörper und die Strangstruktur umfassende Kontraktionseinrichtung partiell aufgebrochen dargestellt ist,

Fig. 3 einen Tei1querschnitt durch die Kontraktionseinrichtung der Betätigungseinrichtung gemäß Schnittlinie III-III aus Fig. 2 und

Fig. 4 eine Draufsicht von radial außen auf einen Ausschnitt der Strangstruktur mit Blick gemäß Pfeil IV aus Fig. 2.

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Die abgebildete Betätigungseinrichtung 1 enthält eine im deaktivierten Zustand eine im wesentlichen hohlzylindrisehe Gestalt einnehmende Kontraktionseinrichtung 2, die sich axial zwischen zwei beabstandeten Kopfstücken 3, 4 erstreckt, an denen sie befestigt ist.

Die Kontraktionseinrichtung 2 enthält einen aus Material mit gummi elastisehen Eigenschaften bestehenden Schlauchkörper 5, wobei als Material beispielsweise Gummi oder ein Elastomermaterial in Frage kommt.

Des weiteren verfügt die Kontraktionseinrichtung 2 über eine koaxial zu dem Schlauchkörper 5 angeordnete Strangstruktur 6, die eine Vielzahl von biegeflexiblen, gleichzeitig aber eine relativ hohe Zugfestigkeit aufweisenden einzelnen Strängen 7 enthält. Diese Stränge 7 sind beim Ausführungsbeispiel von einzelnen textlien Fasern gebildet, könnten aber auch aus Kunststoffmaterial bestehen, wobei überdies ein mehrfasriger Aufbau der Stränge 7 denkbar wäre, beispielsweise bestehend aus jeweils einer Mehrzahl miteinander verdrillter Einzelfasern.

Die Strangstruktur 6 ist beim Ausführungsbeispiel komplett in den Schlauchkörper 5 integriert. Ihre einzelnen Stränge sind in das Material des Schlauchkörpers 5 eingebettet und vorzugsweise vollständig vom Schlauchmaterial umgeben.

Mit ihren beiden axialen Endbereichen 8, 9 ist die Kontraktionseinrichtung 2 an jeweils einem der Kopfstücke 3, 4 festgelegt. Auf Grund der integrierten Bauweise der Kontraktionseinrichtung 2 erfolgt beim Ausführungsbeispiel somit jeweils ein gleichzeitiges Fixieren sowohl des Schlauchkörpers 5 als auch der Strangstruktur 6. Eine getrennte Befestigung wäre allerdings ebenfalls möglich.

Die Art der Befestigung ist so gewählt, daß zwischen einem jeweiligen Kopfstück 3, 4 und dem Schlauchkörper 5 eine fluiddichte Verbindung vorliegt. Ferner ist wichtig, daß zwischen der Strangstruktur 6 und den Kopfstücken 3, 4 eine sehr zugfeste Verbindung vorliegt. Dies wird beim Ausführungsbeispiel insgesamt dadurch erreicht, daß die Kopfstücke 3, 4 mehrteilig ausgeführt sind und über ein Innenteil 12 sowie ein darauf nach Art einer überwurfmutter aufgeschraubtes Außenteil 13 verfugen. Das Innenteil 12 hat einen sich zur Kontraktionseinrichtung 2 hin konisch verjüngenden Halteabschnitt 14, auf den die Kontraktionseinrichtung 2 unter radialer Aufspreizung aufgesteckt ist. Die Endabschnitte der Kontraktionseinrichtung 2 sind dann radial zwischen dem Außenteil 13 und dem Halteabschnitt 14 fest eingespannt.

An den beiden Kopfstücken 3, 4 vorgesehene Befestigungsmittel 15, beispielsweise Gewindebohrungen, ermöglichen

eine Befestigung an Bauteilen, die relativ zueinander verlagert werden sollen. Die Betätigungseinrichtung 1 läßt sich dann beispielsweise nach Art eines f1uidbetätigten Arbeitszylinders einsetzen.

Mindestens eines der Kopfstücke, vorliegend das in Fig. in der rechten Bildhälfte gezeigte Kopfstück 4, ist mit einem durchgehenden Fluidkanal 16 versehen, der zum einen in den Innenraum 17 des Schlauchkörpers 5 ausmündet und zum andern zur Außenseite des Kopfstückes 4 offen ist. Er ist mit Verbindungsmitteln versehen, die beispielsweise unmittelbar von den Befestigungsmitteln 15 gebildet sind und die das Anschließen einer nicht näher gezeigten Fluidleitung ermöglichen, über die abwechselnd ein unter Druck stehendes Fluid, beispielsweise Druckluft, aber auch hydraulische Medien, in den Innenraum 17 eingespeist oder aus dem Innenraum 17 abgeführt wrden kann.

Die Stränge 7 der Strangstruktur 6 sind zu zwei Stranggruppen 18, 19 zusammengefaßt, die relativ zueinander in einer überkreuzkonfiguration verlaufen. Dadurch ergibt sich insgesamt, in radialer Draufsicht auf die Strangstruktur 6 gesehen, eine gitterähnliche Konfiguration mit einer Vielzahl rautenähnlicher Bereiche. Wird der Innenraum 17 des Schlauchkörpers 5 mit einem Druckmedium beaufschlagt, erfährt der Schlauchkörper 5 eine Durchmesser-

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vergrößerung (vgl. rechte Darstellung in Fig. 1), was eine Verzerrung des Rautengitters bewirkt und, daraus resultierend, eine Verkürzung bzw. Kontraktion der axialen Länge der Kontraktionseinrichtung 2 hervorruft. Die Kopfstücke 3, 4 werden somit durch eine in Axialrichtung wirkende Zugkraft beaufschlagt, was beispielsweise zu einer Annäherung zweier an den beiden Kopfstücken 3, 4 festgelegter Bauteile führen kann.

Die Stränge 7 innerhalb einer jeweiligen Stranggruppe 18, 19 liegen zweckmäßigerweise seitlich nebeneinander und haben einen Verlauf mit untereinander gleicher Längsorientierung. Die Stränge 7 einer jeweiligen Stranggruppe 18, 19 verlaufen dabei schraubenwendelähnlich entlang des Umfanges des Schlauchkörpers 5, wobei die überkreuzkonfiguration dadurch zustandekommt, daß die Wi ekelrichtungen der beiden Stranggruppen 18, 19 einander entgegengesetzt sind.

Beim Ausführungsbeispiel sind die beiden Stranggruppen 18, 19 untereinander unvernetzt und verlaufen in zwei getrennten hohlzylinderähnlichen Schichten, die sich koaxial umschließen. Gut sichtbar ist dies in Fig. 3, wobei eine innere Schicht von Strängen 7 (innere Stranggruppe 18) von einer radial weiter außen liegenden Strangschicht (äußere Stranggruppe 19) konzentrisch umgeben ist.

Mit einer derartigen Anordnung wird erreicht, daß der Verlauf der Stränge 7 im Detail praktisch mit der Haupterstreckungsrichtung, vorliegend der wendelartigen Erstreckung, zusammenfällt und insbesondere kein wellenähnlicher Längsverlauf vorliegt, wie er beim Stand der Technik auftritt, wo die Stränge untereinander vernetzt sind und abwechselnd übereinander und untereinander hi &eegr; weglaufen.

Man kann somit erreichen, daß die einzelnen Stränge 7 bereits im deaktivierten Zustand gestreckt sind und die Streckungsvorgänge bei anfänglicher Aktivierung der Betätigungseinrichtung nurmehr gering sind. Auf diese Weise verfügt die Betätigungseinrichtung 1 über ein sehr gutes Ansprechverhalten. Schon aus relativ geringen Fluiddrücken resultiert eine merkliche axiale Zugkraft.

Ein weiterer Vorteil der bei spielsbemäßen Betätigungseinrichtung 1 liegt darin, daß die Stranggruppen 18, 19 durch ein dazwischenliegendes nachgiebiges Material 22 - nachfolgend als "Abstandsmaterial" bezeichnet - auf Abstand gehalten werden. Ungeachtet des jeweiligen Aktivierungszustandes der Betätigungseinrichtung 1 ist somit eine unmittelbare Berührung zwischen den Strängen 7 der beiden Stranggruppen 18, 19 ausgeschlossen. Das gleiche Abstandsmaterial 22 sorgt beim Ausführungsbeispiel auch dafür, daß

sich die zu einer gemeinsamen Stranggruppe 18, 19 gehörenden Stränge 7 nicht berühren können, sondern ebenfalls stets zueinander beabstandet sind.

Besagtes Abstandsmaterial 22 ist beim Ausführungsbeispiel unmittelbar vom Material des Schlauchkörpers gebildet. Dieses erfüllt die Abstandshalterfunktion dadurch, daß die einzelnen Stränge 7 mit der oben erwähnten Konfiguration unmittelbar und vollständig in den Schlauchkörper eingebettet sind. Im Vergleich zur Vorsehung eines separaten, aus entsprechend nachgiebigem Material bestehenden Abstandshalterkörpers, der den Schlauchkörper 5 insbesondere koaxial umschließen würde und in den die Stränge 7 eingebettet sind, hat die integrierte Bauweise des Ausführungsbeispiels den Vorteil einer wesentlich einfacheren Herstellung mit geringstem Materialverbrauch.

Insgesamt sind die Stränge 7 durch das Abstandsmaterial ständig so voneinander getrennt, daß unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand der Betätigungseinrichtung 1 ein unmittelbarer Kontakt zwischen einzelnen der Stränge 7 ausgeschlossen ist, so daß diesbezüglich keine Reibung entstehen kann, die einen frühzeitigen Verschleiß der einzelnen Stränge 7 hervorrufen könnte. Dabei versteht sich, daß das als Festkörper ausgeführte Abstandsmaterial 22 ausreichende Festigkeit hat, um ein Zerschneiden durch

die beanspruchten Stränge 7 zu verhindern. Gleichzeitig wird aber auch eine ausreichende Flexibilität gewährleistet, um die im Betrieb auftretenden radialen und axialen Verformungen mitzumachen und den Strängen 7 innerhalb des Materials 22 die notwendigen Bewegungsfreiheitsgrade zu erhalten.

Gummimaterial hat sich hierfür bisher als am besten geeignet erwiesen.

Die Integration der Stränge 7 in das Abstandsmaterial 22 bzw. das Material des Schlauchkörpers 5 kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß man mehrere Schichten dieses Materials unter Zwischenfügung der einzelnen Stranggruppen 18, 19 durch Vulkanisation miteinander verbindet.

Claims

Ansprüche

1. Durch Fluidkraft aktivierbare Betätigungseinrichtung, mit einem sich zwischen zwei beabstandeten Kopfstücken (3, 4) erstreckenden Schlauchkörper (5), dessen Innenraum (17) mit einem fluidischen Druckmedium beauf· schlagbar ist, und mit einer an den beiden Kopfstücken (3, 4) fixierten, zum Schlauchkörper (5) koaxialen Strangstruktur (6), die zwei in überkreuzfiguration angeordnete Stranggruppen (18, 19) mit innerhalb einer jeweiligen Stranggruppe mit gleicher Längsorientierung nebeneinander verlaufenden biegeflexiblen Strängen (7) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Stranggruppen (18, 19) untereinander unvernetzt sind und sich koaxial umschließen.

2. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge (7) innerhalb einer oder beider Stranggruppen (18, 19) mit Abstand nebeneinander verlaufen.

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3. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge (7) innerhalb einer oder beider Stranggruppen (18, 19) durch ein dazwischenliegendes nachgiebiges Material (22) ständig auf Abstand zueinander gehalten werden.

4. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stranggruppen (18, 19) durch ein dazwischenliegendes nachgiebiges Material ständig auf Abstand zueinander gehalten werden.

5. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stranggruppen (18, 19) gemeinsam in ein flexibles und vorzugsweise gummielastisches Material (22) eingebettet sind.

6. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Material (22) um Gummimaterial oder um ein Elastomermaterial handelt.

7. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Stranggruppen (18, 19) vollständig von dem Material umschlossen sind.

8. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das den Abstand gewährleistende Material (22) unmittelbar vom Material des Schlauchkörpers (5) gebildet ist.