DE4308574A1

DE4308574A1 - Vorrichtung zur Aufbringung von Zugkräften

Info

Publication number: DE4308574A1
Application number: DE19934308574
Authority: DE
Inventors: Gerald Fuchs
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1993-03-18
Publication date: 1994-09-22

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 F_o zwischen den beiden Lagern 16, 17 vorgespannt. Bei einer Druckbeaufschlagung vom Zeitpunkt 0 wird die maximale Kraft F_Seil, 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

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.