DE4308574A1 - Vorrichtung zur Aufbringung von Zugkräften - Google Patents
Vorrichtung zur Aufbringung von ZugkräftenInfo
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- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
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- 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
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbringung
von Zugkräften gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bereits bekannt, Zugkräfte durch Vorrichtungen zu
erzeugen, die aus in Kolben sich bewegenden Zylindern be
stehen. Das treibende Medium kann Luft, Wasser, Öl oder
ein sonstiges Fluid sein. Für die Berechnung der zu er
zeugenden Kräfte ist die Kolbenfläche abzüglich der Kol
benstangen-Fläche multipliziert mit dem Druck maßgebend.
Der Kraftanstieg erfolgt langsam, da erst der volle Druck
erreicht werden muß, bevor sich der Kolben bewegen kann.
Die Zylinder müssen als Druckbehälter ausgelegt werden.
Der maximale Druck ist durch die Belastbarkeit der Dich
tungen begrenzt. Durch die Bewegungen des Kolbens ver
schleißen oder brechen jedoch die Dichtungen, so daß der
aufbringbare Druck und damit die erzeugbare Kraft im
Laufe der Zeit bis auf Null sinkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Auf
bringung von Zugkräften zu schaffen, bei der bereits am
Anfang der Druckbeaufschlagung eine hohe Kraft vorliegt.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung
der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kenn
zeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
Aufgrund der von Anfang an gespannten band- oder seilför
migen und starren Zugelemente ergibt sich beim Beginn der
Druckbeaufschlagung des Balges eine direkte Kraft
übertragung. Zu Beginn der Kraftübertragung ist das Prin
zip des gespannten Seiles maßgebend, das entgegen einer
Zugspannung durch das Aufblähen des Balges in seiner
Querrichtung ausgelenkt wird. Entsprechend der Gleichung,
daß die Arbeit W das Produkt aus der erzeugten Kraft F
und dem zurückgelegten Weg s ist, ergibt sich, ähnlich
wie beim Flaschenzug, daß die erfindungsgemäße Vorrich
tung sich besonders für kurze Wege mit großen Kraftanfor
derungen eignet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist
eine einfache und gewichtssparende Bauweise auf. Ferner
sind keine sich verschleißende Dichtungen und keine be
wegten Teile erforderlich. In der einfachsten Ausfüh
rungsform kann die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem
Gummibalg und einem vorzugsweise an der Außenfläche befe
stigten Zugelement, beispielsweise einem Stahlseil, be
stehen. In der Regel sind die Zugelemente starr bzw. un
elastisch ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine direkte
Kraftübertragung. In besonderen Anwendungsfällen können
die Zugelemente eine gewisse Elastizität aufweisen, um
Ruckbewegungen zu vermeiden.
Bei der Druckbeaufschlagung des Balges vergrößert sich
mit zunehmender Ausdehnung des Balges in seiner Querrich
tung die in Längsrichtung erzeugte Kraft aufgrund der
größer werdenden Querschnittsfläche des Balges. Diese
Querschnittsänderung ist umso größer, je elastischer das
Material ist, aus der der Balg besteht. Die durch die
Querschnittsänderung des Balges erzeugte Kraft addiert
sich zu der durch die gespannten Zugelemente bewirkte
Kraft.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise für
Zugbewegungen, Hebelbewegungen, Drehbewegungen, zur Er
zeugung von Haltekräften, beispielsweise bei einer Hand
bremse, und/oder zum Lösen von mechanischen Sicherungen
eingesetzt werden.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung der Zugbälge be
steht darin, diese in der Roboter- bzw. Steuerungstechnik
einzusetzen. Dazu ist es notwendig, daß mindestens drei
oder mehr Zugbälge an einem drehbar gelagerten Hebel so
zu befestigen sind, daß die band- oder seilförmigen Zug
elemente in einem Punkt der Befestigungsstelle zentriert
sind. Die Zugelemente dürfen nur über diesen Punkt mit
dem Hebel befestigt sein. Die jeweiligen anderen Enden
der Zugbälge müssen mit einem Festlager verbunden sein.
Die mit einer geeigneten Steuerung oder Regelung betätig
ten Zugbälge bewegen den Hebel innerhalb eines kegelför
migen Raumes. Durch Verlängerung und/oder Verkürzung der
Zugbälge können die erforderlichen Kräfte aufgebracht
und/oder gehalten werden. Da die Zugbälge eine ausrei
chend hohe Vorspannung aufweisen, ist keine zusätzliche
Arretierung notwendig. Die Drehlagerung des Hebels er
folgt in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform
durch eine Kugel, die in einer offenen Kugelpfanne gela
gert ist. Die Zugelemente liegen auf der Oberfläche so
auf, daß die Schwenkbewegungen des Hebels nicht behindert
sind.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend an
hand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei
zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung von der Seite einer
Vorrichtung zur Aufbringung von Zugkräften im
druckfreien Zustand,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung von der Seite der in
der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zur Aufbrin
gung von Zugkräften im druckbeaufschlagten Zu
stand,
Fig. 3 eine Querschnittsansicht längs der Linie I-I in
der Fig. 1,
Fig. 4 eine Querschnittsansicht längs der Linie II-II
in der Fig. 2,
Fig. 5 ein Diagramm, das den Kraftverlauf über der
Zeit zeigt,
Fig. 6a eine Prinzipdarstellung von der Seite einer
Vorrichtung mit einem im Raum bewegbaren Hebel,
Fig. 6b eine Ansicht von oben des auf einer Kugel befe
stigten Hebels,
Fig. 7a eine Prinzipdarstellung entsprechend der
Fig. 6a mit einem nach rechts verschwenkten
Hebel und
Fig. 7b eine Ansicht von oben der in der Fig. 7a ge
zeigten Vorrichtung.
Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Erzeugung von
Zugkräften, die aus einem Balg 2 und an der Außenfläche 3
des Balges 2 angeordneten, band- oder seilförmigen Zug
elementen 4 bis 11 besteht. Der Balg 2 weist im entspann
ten Zustand eine schlauchförmige Form auf. An seinen ge
genüberliegenden Enden 12 und 13 ist der Balg 2 jeweils
über ein starres Verbindungselement 14, 15 zum einen an
einem Festlager 16 und zum anderen an einem Loslager oder
verschiebbaren Punkt 17 verbunden. In einer anderen Aus
führungsform sind die Enden 12 und 13 des Balges 2 direkt
an den Lagern 16, 17 angeordnet. An dem Loslager 17 ist
beispielsweise das Ende eines Zughebels einer Zentralver
riegelung angeordnet. Die Druckbeaufschlagung des Balges
2 erfolgt beispielsweise über das Ende 12, indem ein gas
förmiges oder flüssiges Fluid, wie beispielsweise Wasser,
Luft oder Öl, in den Balg 2 hineingedrückt wird.
Bei einer Druckbeaufschlagung des Balges 2 dehnt sich der
Balg 2 ellipsenförmig aus. Die Gesamtlänge 1 der Vorrich
tung 1 verkürzt sich dabei um den Weg s auf die Lange x.
Zur Kennzeichnung der neuen Lage ist das Bezugszeichen
des Loslagers 17 mit einem Apostroph versehen.
In der Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht des entspann
ten Balges 2 gezeigt, an dessen Außenfläche 3 in der ge
zeigten Ausführungsform seilförmige Zugelemente 4 bis 11
angeordnet sind, die in den Fig. 1 und 2 zur besseren
Darstellung nur gestrichelt bzw. strichpunktiert gezeich
net sind.
Wie aus der in der Fig. 4 gezeigten Querschnittsansicht
hervorgeht, dehnt sich der Balg 2 in seiner Querrichtung
elastisch aus, so daß zwischen benachbarten Zugelementen
ein Abstand a entsteht.
Anhand des Diagrammes der Fig. 5 ergibt sich der erzeug
bare Kraftverlauf über der Zeit. In dem gezeigten Bei
spiel sind die Zugelemente 4 bis 11 mit einer Vorspann
kraft Fo zwischen den beiden Lagern 16, 17 vorgespannt.
Bei einer Druckbeaufschlagung vom Zeitpunkt 0 wird die
maximale Kraft FSeil, die über die Zugelemente 4 bis 11
übertragbar ist, erzeugt, die an dem Loslager 17 an
greift. Aufgrund der Querschnittsvergrößerung der Innen
fläche des Balges 2 vergrößert sich bei konstantem Druck
die durch den Balg 2 erzeugte Zugkraft. Die maximal über
tragbare Kraft ist durch die Festigkeit des Balges 2 bzw.
der Zugelemente 4 bis 11 begrenzt.
Die in den Fig. 6 a, 6b, 7a und 7b gezeigte Vor
richtung 20 weist drei Bälge 21, 22 und 23 auf, die je
weils mit ihrem einen Ende 24, 25, 26 an einem Festlager
27, 28, 29 befestigt sind. Das jeweilige, dazu gegen
überliegende Ende 30, 31 und 32 der Bälge 21, 22, 23 ist
jeweils über ein band- oder seilförmiges Zugelement 33,
34, 35 an einer Kugel 36 so befestigt, daß sich die Zug
elemente 33, 34, 35 in einem Punkt 37 zentrieren. Vor
zugsweise liegt dieser Punkt 37 an der zu den Enden 30,
31, 32 der Bälge 21, 22, 23 entferntesten Stelle, um da
durch eine größtmögliche Bewegungsfreiheit zu erreichen.
In der in der Fig. 6a gezeigten Ausführungsform ist an
dieser entferntesten Stelle ein Stift oder Hebel 38 an
der Kugel 36 befestigt. Die Kugel 36 selbst ist über
einen unteren Kugelabschnitt 39 in einer Kugelpfanne 40
gelagert. Der Aufbau der Bälge 21, 22, 23 entspricht dem
in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Balg 2. Die Beaufschla
gung mit einem Druckmedium, beispielsweise Luft, Öl, Was
ser, erfolgt über Leitungen 41, 42, 43, die zu einer ge
eigneten Regelungs- oder Steuerungsanlage 44 führen.
In der in der Fig. 6b nur teilweise dargestellten An
sicht von oben der Vorrichtung 20 ist die Zentrierung der
Zugelemente 33, 34, 35 zu dem Punkt 37 hin ersichtlich.
Die Zugelemente 33, 34 und 35 verlaufen auf der Oberflä
che 45 der Kugel 36. In einer besonderen Ausführungsform
können Führungen auf oder in der Oberfläche 45 der Kugel
36 für die Zugelemente 33, 34, 35 ausgebildet sein.
Die Fig. 7a und 7b zeigen die in den Fig. 6a und
6b dargestellte Vorrichtung 20, bei der der Hebel 38
nach rechts ausgelenkt ist. Wie aus den Fig. 7a und
7b hervorgeht, ist der Hebel 38 innerhalb eines kegel
förmigen Raumes 46 durch die Bälge 21, 22, 23 bewegbar.
Dieser Raum 46 ist in den Fig. 7a und 7b in gestri
chelten Linien eingezeichnet. Die Verstellung des Hebels
38 erfolgt durch die Längenänderungen der Bälge 21, 22,
23. In dem in der Fig. 7a gezeigten Beispiel weist der
Balg 21 seine bei der erforderlichen Vorspannung mögli
che, maximale Länge auf. Im Gegensatz dazu ist der Balg
23 auf seine minimale Lange durch das Einbringen von
Druckmedium gebracht worden. Der Balg 22 weist eine mitt
lere Länge auf. Aus der teilweise dargestellten Ansicht
von oben der Fig. 7b ist der Verlauf der Zugelemente 33,
34 und 35 in gestrichelten Linien dargestellt. Der um die
Vorrichtung 20 verlaufende, gestrichelt dargestellte
Kreis 47 soll die Verstellbarkeit des Hebels 38 über den
gesamten Kreisumfang deutlich machen.
Claims (11)
1. Vorrichtung zur Aufbringung von Zugkräften, beste
hend aus einem Balg, der mit einem Fluid befüllbar
ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung
des Balges (2) mindestens ein band- oder seilförmi
ges Zugelement (4 bis 11) angeordnet ist, daß die
vorhandenen Zugelemente (4 bis 11) sich zumindest
von einem Ende (12) des Balges (2) bis zu einem ge
genüberliegenden Ende (13) des Balges (2) erstrecken
und so an dem Balg (2) befestigt sind, daß bei einer
Druckbeaufschlagung des Balges (2) die Ausdehnung
des Balges (2) nur in seiner Querrichtung erfolgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Ende (12, 14) der Vorrichtung (1) an einem
Festlager (16) und das dazu gegenüberliegende Ende
(13, 15) an einem Loslager (17) befestigt ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Balg (2) in seiner Querrich
tung elastisch dehnbar ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorrichtung (1) direkt an einer Last angreift.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung
(1) an einem Ende einer Mechanik zur Übertragung von
Hebelbewegungen und/oder Drehbewegungen und/oder
Klemmkräften angreift.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß minde
stens drei Bälge (21, 22, 23) beabstandet voneinan
der an einem drehbar gelagerten Hebel (38) so an
greifen, daß durch eine geregelte oder gesteuerte
Verstellung der Längen der Bälge (21, 22, 23) der
Hebel (38) im Raum bewegbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bälge (21, 22, 23) zur Arretierung des He
bels (38) in seiner Ausgangslage über ein Druckme
dium vorgespannt sind.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Hebel (38) an einer Kugel
(36) befestigt ist, die in einer Kugelpfanne (40)
gelagert ist.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den
Bälgen (21, 22, 23) band- oder seilförmige Zugele
mente (33, 34, 35) angeordnet sind, deren gegenüber
liegende Enden an der Kugel (36) oder am Hebel (38)
so befestigt sind, daß sich die Zugelemente (33, 34,
35) in einem Punkt (37) zentrieren.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zugelemente (33, 34, 35) in einem gleichen Winkel
voneinander beabstandet sind.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorrichtung (20) an einer Regelungs- oder Steue
rungsanlage (44) angeschlossen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934308574 DE4308574A1 (de) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | Vorrichtung zur Aufbringung von Zugkräften |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934308574 DE4308574A1 (de) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | Vorrichtung zur Aufbringung von Zugkräften |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4308574A1 true DE4308574A1 (de) | 1994-09-22 |
Family
ID=6483089
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934308574 Withdrawn DE4308574A1 (de) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | Vorrichtung zur Aufbringung von Zugkräften |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4308574A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3918955A1 (de) * | 1989-06-09 | 1989-12-21 | Ringer Michael | Technischer nachbau des biologischen muskelprinzips als technischer muskel. tier- oder menschenaehnlicher roboter mit technischen muskeln. teile dieses roboters als prothesen. weitere anwendungen des muskels: als hub- und zugvorrichtung, als muskelmotor, als objektpositionierung durch mehrere muskeln, als federwegeinsteller. |
-
1993
- 1993-03-18 DE DE19934308574 patent/DE4308574A1/de not_active Withdrawn
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