DE4440018A1

DE4440018A1 - Method of generating power or torque using suspended body buoyancy

Info

Publication number: DE4440018A1
Application number: DE19944440018
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Wimmer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-11-09
Filing date: 1994-11-09
Publication date: 1996-05-15

Abstract

The process utilises the buoyancy of a working body suspended from a cable in a container filled with a liquid medium such that the body can move up and down. The cable is guided at the container lower end via a deflector, converting the upwards buoyancy into a downwards directed tensile force.The cable extension describes an open or closed curved line. The cable force, the buoyancy, the body position, its velocity and acceleration serve as control magnitude individually, or in combination. The body buoyancy is controlled by inlet or outlet of the liquid medium according to an engaging force, or a variable program. The liquid control is continuous, or of a pulsed type.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Kraft bzw. Drehmoment nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13.The invention relates to a method for producing Force or torque according to the preamble of claim 1 and a device for performing this method according to the preamble of claim 13.

Zur Zeit sind verschiedene Verfahren und Einrichtungen zur Erzeugung von Kraft bzw. Drehmoment und/oder Bewegungsenergie bekannt.Various methods and devices are currently in production of force or torque and / or kinetic energy known.

So wird in der DE-OS 28 37 269 A1 eine Einrichtung beschrieben, bei dem der Auftrieb eines Körpers in einem Strömungsmittel, dessen Zu- und Ableitung durch eine Pumpe oder Ventile geschieht, für den Antrieb verschiedener Vorrichtungen dient. Diese bekannte Einrichtung eignet sich durch die starre Auf- und Abbewegung jedoch nur für sehr einfache Vorrichtungen und läßt sich wechselnden Erfordernissen oder Einsatzbedingungen nicht anpassen.A device is described in DE-OS 28 37 269 A1, where the buoyancy of a body in a fluid, the Supply and discharge through a pump or valves happens for serves to drive various devices. This well-known Furnishing is suitable due to the rigid up and down movement only for very simple devices and can be changed Do not adapt to requirements or operating conditions.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung obiger Gattung anzugeben, die ermöglichen, daß die Erzeugung von Kraft bzw. Drehmoment entsprechend den jeweiligen Erfordernissen einfach und kostengünstig sichergestellt wird, und zudem eine einfache Positionierung der bewegten Teile verwirklicht wird.The object of the invention is a method and a device specify above genus that allow the generation of Force or torque according to the respective requirements is ensured simply and inexpensively, and also a simple one Positioning of the moving parts is realized.

Diese Aufgabe wird durch ein gattungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine gattungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.This task is accomplished by a generic method with the Features of claim 1 and by a generic device solved with the features of claim 13.

Demgemäß ist beim erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich, daß der Auftrieb des Arbeitskörpers entsprechend der auf ihn wirkenden Kraft oder nach einem variablen Programm durch die Regelung des Zu- bzw. Abflusses des flüssigen Mediums geregelt wird. Als Regelgrößen dienen hierbei im wesentlichen einzeln oder in Kombination die Seilkraft, die Auftriebskraft, die Lage des Arbeitskörpers, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Arbeitskörpers. Durch eine Steuerung lassen sich so Kraft bzw. Drehmoment und Position den jeweiligen Erfordernissen entsprechend regeln.Accordingly, it is essential in the method according to the invention that the Buoyancy of the working body according to that acting on it Force or according to a variable program by regulating the Inflow and outflow of the liquid medium is regulated. As controlled variables serve essentially individually or in combination the rope force, the buoyancy force, the position of the working body, the Speed and acceleration of the working body. By a control can be force or torque and position regulate according to the respective requirements.

Von Vorteil ist dabei, wenn der Arbeitskörper einen modularen Aufbau aufweist, der durch Auswechslung der Module eine Anpassung der maximal möglichen Auftriebskraft ermöglicht, die Module entsprechend dem gewünschten Kraft- bzw. Drehmomentverlauf geformt sind, und wenn am Arbeitskörper durch auswechselbare Gewichte eine jeweils gewünschte konstante Abtriebskraft erzeugt wird.It is advantageous if the working body has a modular structure has that by changing the modules an adaptation of enables the maximum possible buoyancy, the modules accordingly the desired force or torque curve is formed, and if each on the working body by interchangeable weights desired constant downforce is generated.

Vorteilhaft ist darüber hinaus, wenn eine Veränderung des Behälterquerschnitts möglich ist, so daß die Steigung der Kraft- bzw. Drehmomentkennlinie einfach verändert werden kann.It is also advantageous if the container cross-section changes is possible so that the slope of the force or Torque characteristic can be changed easily.

Des weiteren ist vorteilhaft, wenn in Anpassung an die jeweilige Aufgabenstellung die Kraftübertragung wahlweise über einen oder zwei Seilzüge oder ein Getriebe mit leicht veränderbarem Übersetzungsverhältnis erfolgen kann.It is also advantageous if in adaptation to the respective Task the power transmission either via or two cables or a gearbox with an easily changeable transmission ratio can be done.

Von Vorteil ist dabei auch, wenn in das Getriebe eine Bremsvorrichtung und Sensoren integriert sind, so daß sowohl ein Überschwingen beim Anfahren einer gewünschten Position vermieden bzw. minimiert als auch nach Erzeugen einer Kraft bei blockiertem Getriebe durch Aufheben der Blockierung ein Schrittmotorbetrieb simuliert werden kann.It is also advantageous if a braking device is in the transmission and sensors are integrated so that both overshoot avoided when approaching a desired position or minimized as well as after generating a force when the gearbox is locked simulates stepper motor operation by removing the blockage can be.

Vorteilhaft ist dabei auch, wenn in Anpassung an die jeweilige Aufgabenstellung die Bewegung des Arbeitskörpers durch Software- und/oder Endschalter eingeschränkt werden kann.It is also advantageous if in adaptation to the respective Task the movement of the working body through software and / or limit switch can be restricted.

Von Vorteil ist auch, wenn z. B. die Bewegung eines Roboterarms über einen oder zwei Bowdenzüge erfolgt, wobei durch die Befestigung eines Bowdenzugs an je einem Teil des Roboterarms in der Nähe der Drehachse ein Dreh- oder ein Schwenkarm gebildet werden kann.It is also advantageous if, for. B. the movement of a robot arm via one or two Bowden cables, with the attachment a Bowden cable on each part of the robot arm nearby a rotary or a swivel arm can be formed on the axis of rotation.

Vorteilhaft wirkt sich aus, wenn der Behälter einen stetigen Abfluß für das flüssige Medium aufweist, so daß bei Unterbrechung des Zuflusses bzw. der Frequenz Null der Arbeitskörper und das System selbsttätig die Ruhepositionen anstreben. Bei einem pulsförmigem Zufluß des flüssigen Mediums mit konstanter Menge läßt sich so das Modell eines Muskels bzw. einer Muskelfaser mit der für einen Muskel typischen Betriebszuständen Ruhe, isometrische und isotonische Kontraktion sowie den Betriebsarten Einzelzuckungen und Tetanus realisieren.It is advantageous if the container has a constant drain for the liquid medium, so that when interrupted of the inflow or frequency zero of the working body and the system automatically aim for the rest positions. With a pulse Inflow of the liquid medium with a constant amount can be so the model of a muscle or a muscle fiber with that for one Muscle typical operating states of rest, isometric and isotonic Contraction and the operating modes single twitching and tetanus realize.

Des weiteren ist von Vorteil, wenn das Verfahren zum Training der körperlichen Fitness oder für Geräte zur Rehabilitation eingesetzt wird, da unter anderem ohne Unterbrechung der Übungen die Größe und/oder Art der aktiven oder passiven Belastung manuell oder automatisch geändert werden kann, wobei dies wahlweise nach einem festen Programm oder in Abhängigkeit ausgewählter relevanter Körperfunktionen wie etwa dem Puls erfolgen kann.It is also advantageous if the method for training the physical fitness or used for rehabilitation equipment because, among other things, the size without interrupting the exercises and / or type of active or passive load manually or automatically can be changed, optionally after a fixed program or depending on selected relevant body functions such as the pulse.

Die Aufgabe wird auch durch eine Einrichtung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. The task is also carried out by a body for the implementation of the The method described above with the characteristic features of Claim 13 solved.

Demgemäß ist bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wesentlich, daß der Auftrieb des Arbeitskörpers entsprechend der auf ihn wirkenden Kraft oder nach einem variablen Programm durch die Regelung des Zu- bzw. Abflusses des Flüssigkeit geregelt wird. Als Regelgrößen dienen hierbei im wesentlichen einzeln oder in Kombination die Seilkraft, die Auftriebskraft, die Lage des Arbeitskörpers, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Arbeitskörpers. Ein mögliches Einsatzgebiet für diese Einrichtung sind z. B. Entgratmaschinen bzw. Entgratroboter, deren Verbreitung durch die Schwierigkeiten der Variierung der Antriebskraft bisher gehemmt wurde.Accordingly, it is essential in the device according to the invention that the buoyancy of the working body corresponding to that acting on it Force or according to a variable program by regulating the Inflow and outflow of the liquid is regulated. As controlled variables serve here essentially individually or in combination Rope force, buoyancy, the position of the working body, the Speed and acceleration of the working body. A possible area of application for this facility is e.g. B. deburring machines or deburring robots, the distribution of which by Difficulties in varying the driving force have so far been inhibited has been.

Von Vorteil ist dabei, wenn der Arbeitskörper einen modularen Aufbau aus vorzugsweise rotationssymmetrischen bzw. dem Behälterquerschnitt angepaßten scheibenförmigen Elementen aufweist, die auf eine Stange aufgesteckt werden können, an der das Seil mittels Klemmen oder Ösen befestigt wird, und so eine Änderung der maximalen Auftriebskraft ermöglicht. Durch eine entsprechende Ausgestaltung der Elemente läßt sich dabei der Kraft- bzw. der Drehmomentverlauf in gewünschter Weise beeinflussen.It is advantageous if the working body has a modular structure from preferably rotationally symmetrical or the container cross section has adapted disc-shaped elements on a rod can be attached to which the rope by means of Clamps or eyelets is attached, and so a change in the maximum Buoyancy enabled. By appropriate design the elements can be the force or torque curve influence in the desired way.

Vorteilhaft ist auch, wenn am Arbeitskörper durch leicht auswechselbare scheibenförmige Gewichte eine Abtriebskraft erzeugt wird, die so einfach veränderbar ist. Auf diese Weise läßt sich auch bei Verwendung nur eines Arbeitskörpers sowohl bei der Auf- als auch bei der Abwärtsbewegung eine Kraft bzw. ein Drehmoment erzeugen.It is also advantageous if the body is easy to replace disc-shaped weights an downforce is generated which is so easy to change. In this way you can also Use of only one working body for both opening and closing generate a force or a torque during the downward movement.

Von Vorteil ist darüber hinaus eine Veränderung des Behälterquerschnitts durch Einsätze, so daß die Steigung der Kraft- bzw. Drehmomentkennlinie einfach verändert werden kann, wobei diese Einsätze z. B. aus am Behälterrand angebrachten Gummischläuchen bestehen können, die durch Druckluft aufgeblasen werden. Mittels einer solchen Vorrichtung, die auch nur am Boden des Behälters angebracht sein kann, läßt sich die Kraft bzw. das Drehmoment ausschließlich oder zusätzlich erzeugen.A change in the container cross-section is also advantageous through inserts so that the slope of the force or Torque characteristic can be easily changed, this Inserts z. B. consist of attached to the edge of the container rubber hoses that can be inflated by compressed air. By means of a such device, which is only attached to the bottom of the container can be, the force or the torque can only or generate additionally.

Eine vorteilhafte Ausführungsform wird auch erhalten, wenn in Anpassung an die jeweilige Aufgabenstellung die Kraftübertragung wahlweise über einen oder zwei Soll- oder Bowdenzüge oder ein Getriebe mit leicht veränderbarem Übersetzungsverhältnis erfolgen kann. Dabei kann zum einen über die Abtriebsscheibe des Getriebes ein Seilzug geführt werden oder das am Arbeitskörper befestigte Seil gelöst und bei Bedarf ein zweites Seil dort befestigt werden.An advantageous embodiment is also obtained when in adaptation the power transmission to the respective task optionally via one or two target or Bowden cables or a gearbox done with easily changeable gear ratio can. On the one hand, this can be done via the driven pulley of the transmission a cable or the attached to the working body Rope loosened and a second rope can be attached if necessary.

Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes läßt sich dabei durch auf eine Welle aufsteckbare zylindrische Scheiben, die für den An- bzw. Abtrieb verwendet werden und etwa durch eine Feder gegen einen auf der Welle ausgebildeten als Mitnehmer dienenden Anschlag gepreßt werden, sowohl durch den Wechsel der Scheiben als auch durch die Aufbringung mehrerer Scheiben verschiedenen Durchmessers, die für den Abtrieb verwendet werden können, variieren.The gear ratio of the gearbox can be by a shaft-attachable cylindrical disks, which are or output are used and about by a spring against one stop designed as a driver on the shaft be pressed, both by changing the discs as well by applying several disks of different diameters, that can be used for the output vary.

Des weiteren ist dabei von Vorteil, wenn anstelle des oder der Seile zur Verringerung des Schlupfs der Umschlingungswinkel des Seiles um die Rolle durch entsprechende Vorrichtungen vergrößert wird. Die relativ moderaten Verfahrgeschwindigkeiten erlauben auch eine mehrfache Umschlingung oder eine schraubenförmige Führung des Seiles. Ebenso kann natürlich statt eines Seiles auch ein Keil-, Loch- oder Zahnriemen Verwendung finden.Furthermore, it is advantageous if instead of the or Ropes to reduce the slip of the wrap angle of the Rope around the role enlarged by appropriate devices becomes. The relatively moderate travel speeds also allow a multiple loop or a helical guide of the Rope. Likewise, instead of a rope, a wedge, Perforated or timing belts are used.

Von Vorteil ist dabei auch, wenn das Getriebe eine Bremsscheibe aufweist, so daß sowohl ein Überschwingen beim Anfahren einer gewünschten Position durch Bremsen oder Anhalten des Getriebes vermieden bzw. minimiert als auch nach Erzeugen einer Kraft bei blockiertem Getriebe durch Aufheben der Blockierung ein Schrittmotorbetrieb simuliert werden kann. Durch einen größeren Umfang der Scheibe, an deren Rand etwa optische oder magnetische Markierungen angebracht sind, im Vergleich zur Abtriebsscheibe läßt sich einfach eine hohe Meßgenauigkeit erzielen. Neben der Verwendung für Linearantriebe reicht das Anwendungsfeld vom Positioniertisch bis zum Antrieb für ein- oder zweiteilige Schiebetüren etwa bei Lifts, das das Einklemmen von Personen durch die Möglichkeit einer schnellen Abbremsung vermieden werden kann.It is also advantageous if the transmission has a brake disc has, so that both overshoot when starting a desired Avoid position by braking or stopping the gearbox or minimized as well as after generating a force when blocked Gearbox by unlocking a stepper motor operation can be simulated. By a larger scope of Disc, on the edge of which there are optical or magnetic markings are attached, compared to the driven pulley can be easily achieve a high measuring accuracy. In addition to using for Linear drives range from the positioning table to to drive one- or two-part sliding doors, e.g. for lifts, that the pinching of people by the possibility of a quick Braking can be avoided.

In Anpassung an die jeweilige Aufgabenstellung ist es vorteilhaft, die Bewegung des Arbeitskörpers durch Software- und/oder Endschalter, die etwa auf den Flüssigkeitspegel reagieren, einschränken zu können. Darüber hinaus können sie zum Schutz der Einrichtung dienen.In adaptation to the respective task, it is advantageous the movement of the working body by software and / or limit switches, that react to the liquid level, for example can. They can also be used to protect the facility.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist durch die Art der Kraft- bzw. Drehmomenterzeugung prinzipiell für den Antrieb mechanischer Systeme mit begrenztem Arbeitsraum, wie ihn etwa Roboter aufweisen, besonders geeignet. Die Bewegung eines Roboterarms erfolgt dabei über einen oder zwei Bowdenzüge, wobei durch die Befestigung eines Bowdenzugs an je einem Teil des Roboterarmsin der Nähe der Drehachse ein Dreh- oder ein Schwenkarm gebildet werden kann. Durch die Führung des Seiles über am beweglichen Teil befindliche Rolle, die auch mehrfach umschlungen werden kann, muß der Bowdenzug nur noch am unbewegten Teil befestigt werden. Falls keine Rückstellkraft benötigt wird, kann auf die Rückführung des Seiles bzw. auf das zweite Seil verzichtet werden.The device according to the invention is characterized by the type of force or Torque generation principally for driving mechanical systems with limited working space, such as that of robots, particularly suitable. The movement of a robot arm takes place via one or two Bowden cables, whereby by attaching one Bowden cable on each part of the robot arm near the axis of rotation a swivel or a swivel arm can be formed. By the guidance of the rope over located on the moving part The Bowden cable must have a role that can be wrapped around several times only be attached to the stationary part. If none Restoring force required can be due to the return of the rope or to dispense with the second rope.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dabei, wenn der Behälter einen stetigen Abfluß für die Flüssigkeit aufweist, so daß nach einer simulierten Kontraktion der Flüssigkeitspegel und die erfindungsgemäße Einrichtung bei Fehlen äußerer Einflüsse bei Unterbrechung des Zuflusses selbsttätig die Ruheposition anstrebt. Bei einem vorzugsweisen pulsförmigen Zufluß der Flüssigkeit mit konstanter Menge läßt sich so daß Modell eines Muskels bzw. einer Muskelfaser mit der für einen Muskel typischen Betriebszuständen Ruhe, isometrische und isotonische Kontraktion sowie den Betriebsarten Einzelzuckungen und Tetanus realisieren, ebenso wie der geringe Widerstand gegen langsame von außen bewirkte Dehnung und Reflexe. Da nach einer langsamen Dehnung der Flüssigkeitspegel unter dem Niveau der Ruheposition liegen würde, kann zusätzlich ein geringer und im zeitlichen Mittel konstanter Zufluß erfolgen.An advantageous embodiment of the invention is when the Container has a steady drain for the liquid, so that after a simulated contraction of the fluid level and the device according to the invention in the absence of external influences Interruption of the inflow automatically strives for the resting position. With a preferably pulsed inflow of the liquid constant quantity can be so that a model of a muscle or a Muscle fiber with the operating conditions typical of a muscle Quiet, isometric and isotonic contraction as well as the operating modes Realize single twitches and tetanus, just like the minor one Resistance to slow stretching and reflexes caused by the outside. Because after a slow stretch the liquid level below the level of the resting position could be a small one and there is constant inflow over time.

Des weiteren ist vorteilhaft, wenn das Verfahren zum Training der körperlichen Fitness oder für Geräte zur Rehabilitation eingesetzt wird, da unter anderem ohne Unterbrechung der Übungen die Größe und/oder Art der aktiven oder passiven Belastung manuell oder automatisch geändert werden kann, wobei diese wahlweise nach einem festen Programm oder in Abhängigkeit ausgewählter relevanter Körperfunktionen wie etwa dem Puls erfolgen kann. Vorstellbar sind neben aktiv zu betätigenden Fitnessgeräten Vorrichtungen, die eine isometrische Muskeltätigkeit trainieren oder eine Muskelstreckung bzw. Dehnung bewirken.It is also advantageous if the method for training the physical fitness or used for rehabilitation equipment because, among other things, the size without interrupting the exercises and / or type of active or passive load manually or automatically can be changed, optionally after a fixed program or depending on selected relevant body functions such as the pulse. Are conceivable in addition to actively operated fitness equipment, devices that a Exercise isometric muscle activity or muscle extension or cause stretching.

Von Vorteil ist dabei, wenn vorzugsweise zwei Behälter zu einer Arbeitseinheit zusammengefaßt werden, wobei ein geschlossener Seilzug durch zusätzliche Umlenkrollen am oberen Ende der Behälter und/oder durch eine zweite auf dem Getriebe angebrachte Antriebsscheibe erreicht werden kann. Nach diesem Prinzip können auch beliebig viele Behälter vorzugsweise gerader Anzahl miteinander zu einer Arbeitseinheit verbunden werden.It is advantageous if preferably two containers to one Work unit can be summarized, with a closed Cable pull through additional pulleys at the top of the container and / or by a second drive pulley attached to the gear can be reached. According to this principle you can also any number of containers, preferably an even number with each other be connected to a work unit.

Dabei ist vorteilhaft, wenn zumindest ein Teil der Flüssigkeit zwischen zwei oder mehreren miteinander verbundenen Behältern umgepumpt wird, da so der Vorratsbehälter verkleinert oder weggelassen werden kann. Der Flüssigkeitsfluß läßt sich dabei durch eine Spannungssteuerung regeln. Das Umpumpen erfolgt dabei vorzugsweise durch zwei am unteren Ende der Behälter befindliche Tauchpumpen mit fünfzig Prozent Einschaltdauer, die mit dem unteren Ende des jeweils korrespondierenden Behälters mit Schläuchen verbunden sind, die über das obere Ende der Behälter laufen und unterhalb des Mindestflüssigkeitspegels enden können, wenn die Pumpen im Stillstand den Flüssigkeitsstrom sperren. Ansonsten wird durch eine Entlüftung oberhalb des maximalen Flüssigkeitspegels ein unerwünschter selbsttätiger Niveauausgleich verhindert. Durch den weiteren Verlauf der Flüssigkeit innerhalb des Schlauchs bis unterhalb des minimalen Pegels erfolgt eine störungsarme Einleitung der Flüssigkeit.It is advantageous if at least part of the liquid pumped between two or more interconnected containers is because the reservoir is reduced or omitted can be. The liquid flow can be by a Regulate voltage control. Pumping is preferably carried out by two submersible pumps located at the bottom of the tanks with fifty percent duty cycle that with the lower end of the corresponding container connected with hoses that run over the top of the container and below of the minimum liquid level can end when the pumps block the flow of liquid at a standstill. Otherwise, is through venting above the maximum liquid level is undesirable automatic level compensation prevented. By the further course of the liquid within the hose to below of the minimum level there is a low-interference initiation the liquid.

Vorteilhaft wirkt sich dabei aus, wenn ein einfacher Wechsel der Flüssigkeit durch ein Abflußventil möglich ist. Bei einem Betrieb direkt an einer Wasserleitung wird laufend frisches Wasser in den Behälter nachströmen, ansonsten ist der Einsatz keimtötender Vorrichtungen etwa auf Ozon- oder UV-Basis ein zusätzlicher Beitrag zur Betriebssicherheit der Einrichtung.This is advantageous if a simple change of the Liquid through a drain valve is possible. During an operation Fresh water is continuously fed into the water pipe Flush containers, otherwise the use of germicidal devices an additional contribution, for example based on ozone or UV for operational security of the facility.

Nachfolgend werden das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele der Einrichtung unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.The method according to the invention and the method according to the invention are described below Device based on several embodiments of the Device explained in more detail with reference to the drawing.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Einrichtung, in erster Ausführungsform, Fig. 1 is a schematic representation of the device, in the first embodiment,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung, in zweiter Ausführungsform, Fig. 2 is a schematic representation of the device according to the invention, in the second embodiment,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Arbeitskörpers, Fig. 3 is a schematic representation of a working body,

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Umlenkrolle mit integriertem Getriebe und Bremsscheibe. Fig. 4 is a side view of a pulley with an integrated gear and brake disc.

Fig. 5 eine Seitenansicht eines mittels zweier Seilzüge bewegbaren Scharniergelenks, Fig. 5 is a side view of a movable by means of two cables hinge joint,

Fig. 6 eine Draufsicht eines ähnlichen mit einem über eine Rolle geführten Seil bewegbaren Gelenke, und Fig. 6 is a plan view of a similar joint movable with a rope guided over a roller, and

Fig. 7 den Kraft- bzw. Drehmoment in Abhängigkeit des Füllstandes der Flüssigkeit. Fig. 7 shows the force or torque depending on the level of the liquid.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Erzeugung von Kraft bzw. Drehmoment dargestellt, die aus einem Behälter 1 und einem in einer Flüssigkeit 4 schwimmenden Arbeitskörper 2 besteht. Das an dem oberen Ende des Arbeitskörpers 2 befestigte, über zwei Umlenkrollen 6 geführte Seil 7 wird durch das Gewicht 6 gespannt, wodurch ein Kippen des Arbeitskörpers 2 verhindert wird. Wird nun das Seil 7, das am unteren Ende des Arbeitskörpers 2 befestigt und über die Umlenkrolle 5 geführt ist, an der Seilklemme 3 nach oben gezogen, wird proportional zum Eintauchen des Arbeitskörpers 2 von diesem eine Auftriebskraft erzeugt, die das System wieder in den Ausgangszustand versetzen will bzw. der angreifenden Kraft entgegenwirkt.In Fig. 1, an apparatus according to the invention is illustrated for the generation of power or torque, which consists of a container 1 and a floating in a liquid 4 working body 2. The rope 7 fastened to the upper end of the working body 2 and guided over two deflection rollers 6 is tensioned by the weight 6 , as a result of which the working body 2 is prevented from tipping. If the rope 7 , which is fastened to the lower end of the working body 2 and is guided over the deflection roller 5 , is pulled upward on the rope clamp 3 , a lifting force is generated by the working body 2 in proportion to the immersion thereof, which brings the system back into the initial state wants to move or counteracts the attacking force.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird durch einen im wesentlichen geschlossenen Verlauf des Seils 7 über zwei Umlenkrollen 5 eine sichere Führung des Arbeitskörpers 2 erreicht. Darüber hinaus ermöglicht diese Konstruktion auch eine Ausnutzung der Gewichtskraft des Arbeitskörpers 2. Die Spannung des Seils erfolgt durch eine an der Zugfeder 17 befestigte Laufrolle 18. Durch die Endschalter 19, die durch den Flüssigkeitspegel im Behälter 1 betätigt werden, wird der Zu- bzw. Abfluß der Flüssigkeit 4 vom bzw. zum Vorratsbehälter 13 über die Pumpe 15 und/oder das Ventil 14 unterbrochen. Behälter 1 und Vorratsbehälter 13 sind dabei durch den Schlauch 11 miteinander verbunden, der über das Kupplungsstück 12 an das Ventil 14 und die Pumpe 15 angeschlossen ist. Durch einen herausnehmbaren oder aufblasbaren Einsatz 16 läßt sich das Verhältnis der Querschnittsflächen des Behälters 1 und des Arbeitskörpers 2 und somit die Kraft- bzw. Drehmomentkennlinie verändern.In the embodiment shown in FIG. 2, a secure guidance of the working body 2 is achieved by an essentially closed course of the cable 7 via two deflection rollers 5 . In addition, this construction also enables the weight of the working body 2 to be exploited . The rope is tensioned by a roller 18 attached to the tension spring 17 . The inflow or outflow of the liquid 4 from or to the reservoir 13 via the pump 15 and / or the valve 14 is interrupted by the limit switches 19 , which are actuated by the liquid level in the container 1 . Container 1 and reservoir 13 are connected to each other by the hose 11 which is connected to the valve 14 and the pump 15 via the coupling piece 12 . The ratio of the cross-sectional areas of the container 1 and the working body 2 and thus the force or torque characteristic can be changed by means of a removable or inflatable insert 16 .

Fig. 2 stellt einen modular aufgebauten Arbeitskörper 2 dar, der aus einer Gewindestange 21, mehreren Auftriebsmodulen 22 und Metallscheiben 23 besteht, die über die Muttern 24 zusammengehalten werden. Das oberste der Auftriebsmodule 22 ist dabei als Abstandshalter ausgeführt. An den Seilklemmen 3 wird der Arbeitskörper 2 mit dem Seil 7 oder mit zwei Seilstücken verbunden. Fig. 2 shows a modular working body 2 , which consists of a threaded rod 21 , several buoyancy modules 22 and metal washers 23 which are held together by the nuts 24 . The uppermost one of the buoyancy modules 22 is designed as a spacer. The working body 2 is connected to the rope 7 or to two rope pieces at the rope clamps 3 .

Fig. 4 stellt eine als Getriebe ausgebildete Umlenkrolle 5 dar. Auf einer Welle 25 ist eine Bremsscheibe 26 angebracht und eine Antriebsscheibe 27, über die das Seil 7 geführt wird, sowie mehrere Abtriebsscheiben 28 aufgeschoben, die mittels einer durch eine Mutter 24 axial abgestützte Druckfeder 29 aneinander und gegen einen auf der Welle 25 ausgebildeten Anschlag 30 gepreßt werden. Fig. 4 illustrates a formed as a gear divert wheel 5. On a shaft 25 a brake disc 26 is mounted and a drive pulley 27 over which the rope 7 is guided, and a plurality of output disks 28 is pushed, by means of an axially supported by a nut 24 compression spring 29 are pressed against each other and against a stop 30 formed on the shaft 25 .

Fig. 5 zeigt ein Scharniergelenk, das durch die erfindungsgemäße Einrichtung betätigt wird. Ein an einer Achse 31 an einem Stator 35 drehbar befestigter Schwenkarm 36 wird durch einen Zug des in einem Seilmantel 32 geführten Seiles 7 aus seiner horizontalen Position bewegt. Der Seilmantel 32 ist dabei mit der Mantelhalterung 33 am Stator 35 und das Seil 7 mittels der Seilbefestigung 34 am Schwenkarm 36 befestigt. Fig. 5 shows a hinged joint, which is actuated by the inventive device. A swivel arm 36 which is rotatably attached to an axis 31 on a stator 35 is moved from its horizontal position by a pull of the cable 7 guided in a cable sheath 32 . The cable sheath 32 is fastened to the stator 35 with the sheath holder 33 and the cable 7 to the swivel arm 36 by means of the cable attachment 34 .

Fig. 6 stellt ein weiteres Scharniergelenk dar, bei dem das Seil 7 über eine auf dem Schwenkarm 36 ausgebildete Rolle läuft. Wird eine Auslenkung selbsttätig z. B. durch die Gewichtskraft des Schwenkarms 36 zurückgesetzt, kann man sich mit einem am Schwenkarm 36 befestigten Seil begnügen, für beliebige Auslenkungen wird das Seil unterhalb des Stators 35 zurückgeführt. Fig. 6 illustrates a further hinge joint in which the cable 7 runs over an electrode formed on the swing arm 36 roll. Is a deflection automatically z. B. reset by the weight of the swivel arm 36 , you can be satisfied with a rope attached to the swivel arm 36 , the rope is returned below the stator 35 for any deflections.

Fig. 7 zeigt den Kraft- bzw. Drehmomentverlauf in Abhängigkeit des Füllstandes "z" der Flüssigkeit 4 bei isometrischem Betriebszustand. Die Kennlinie 37 geht dabei von einem Arbeitskörper 2 aus, bei dem Auf- und Abtriebskraft gleich groß sind. Die gestrichelte Kennlinie zeigt den maximal möglichen theoretischen Verlauf, wenn das Verhältnis der Querschnittsflächen von Behälter 1 und Arbeitskörper 2 gegen 1 geht. FIG. 7 shows the force or torque curve as a function of the fill level "z" of the liquid 4 in the isometric operating state. The characteristic curve 37 is based on a working body 2 in which the upward and downward forces are the same. The dashed curve shows the maximum possible theoretical course if the ratio of the cross-sectional areas of container 1 and working body 2 goes against 1.

BezugszeichenlisteReference list

1 Behälter
2 Arbeitskörper
3 Seilklemme
4 Flüssigkeit
5 Umlenkrolle
6 Gewicht
7 Seil
8 Halteplatte
9 Boden
10 -
11 Schlauch
12 Kupplungsstück
13 Vorratsbehälter
14 Ventil
15 Pumpe
16 Einsatz
17 Zugfeder
18 Laufrolle
19 Endschalter
20 -
21 Gewindestange
22 Auftriebsmodul
23 Metallscheiben
24 Mutter
25 Welle
26 Bremsscheibe
27 Antriebsscheibe
28 Abtriebsscheibe
29 Druckfeder
30 Anschlag
31 Achse
32 Seilmantel
33 Mantelhalterung
34 Seilbefestigung
35 Stator
36 Schwenkarm
37 Kennlinie
z Füllstandshöhe 1 container
2 working bodies
3 rope clamp
4 liquid
5 pulley
6 weight
7 rope
8 holding plate
9 floor
10 -
11 hose
12 coupling piece
13 storage containers
14 valve
15 pump
16 use
17 tension spring
18 roller
19 limit switches
20 -
21 threaded rod
22 buoyancy module
23 metal discs
24 mother
25 wave
26 brake disc
27 drive pulley
28 driven pulley
29 compression spring
30 stop
31 axis
32 rope sheath
33 coat holder
34 Rope attachment
35 stator
36 swivel arm
37 characteristic curve
z level

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von Kraft oder Drehmoment unter Ausnützung der Auftriebskraft eines an einem Seil befestigten und sich in einem Behälter befindlichen Arbeitskörpers, den dieser durch die Einbringung eines flüssigen Mediums erfährt, wobei der Arbeitskörper eine im wesentlichen auf- und abgehende Bewegung vollführen kann, und bei der durch die Führung des Seils über eine am unteren Ende des Behälters angebrachte Umlenkvorrichtung die nach oben gerichtete Auftriebskraft des Arbeitskörpers in eine nach unten gerichtete Zugkraft umgewandelt wird, wobei der Verlauf des Seiles einen offenen oder geschlossenen Kurvenzug beschreibt, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Seilkraft, die Auftriebskraft, die Lage des Arbeitskörpers, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Arbeitskörpers einzeln oder in Kombination als Regelgröße dienen,
- daß der Auftrieb des Arbeitskörpers entsprechend der auf ihn wirkenden Kraft oder nach einem variablen Programm durch die Regelung des Zu- bzw. Abflusses des flüssigen Mediums geregelt wird, und
- daß die Regelung des Zu- bzw. Abflusses des flüssigen Mediums auf stetige und/oder pulsförmige Weise geschieht.

1. Method for generating force or torque using the buoyant force of a working body fastened to a rope and located in a container, which the working body experiences through the introduction of a liquid medium, the working body being able to perform an essentially upward and downward movement, and in which the upward lifting force of the working body is converted into a downward pulling force by the guidance of the rope via a deflection device attached to the lower end of the container, the course of the rope describing an open or closed curve, characterized in that

that the rope force, the buoyancy force, the position of the working body, the speed and the acceleration of the working body serve individually or in combination as a controlled variable,
- That the buoyancy of the working body is regulated according to the force acting on it or according to a variable program by regulating the inflow or outflow of the liquid medium, and
- That the control of the inflow or outflow of the liquid medium is done in a steady and / or pulsed manner.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximal mögliche Auftriebskraft des Arbeitskörpers verändert werden kann.2. The method according to claim 1, characterized in that the maximum possible buoyancy of the working body can be changed.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der möglichen Auftriebskraft des Arbeitskörpers verändert werden kann.3. The method according to claim 1, characterized in that the course of the possible buoyancy of the working body can be changed.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch am Arbeitskörper anbringbare Gewichte oder durch eine am Arbeitskörper oder Getriebe angreifende Seilkraft eine veränderbare Abtriebskraft erzeugt wird.4. The method according to claim 1, characterized in that by attachable weights to the body or by an attacking body or gear Rope force generates a variable downforce.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der möglichen Auftriebskraft des Arbeitskörpers durch Änderung des Behälterquerschnitts veränderbar ist.5. The method according to claim 1, characterized in that the course of the possible buoyancy of the working body by changing the container cross-section is changeable.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Kraft bzw. des Drehmoments direkt über einen bzw. zwei Seilzüge oder über ein Getriebe mit veränderbarer Übersetzung erfolgt.6. The method according to claim 1, characterized in that the transmission of the force or Torque directly via one or two cables or via one Gearbox with changeable translation takes place.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe mit einer Vorrichtung versehen ist, die zur Abbremsung bzw. Fixierung des Getriebes verwendet werden kann und/oder als Drehwinkel- bzw. Geschwindigkeitsgeber dient.7. The method according to claim 1, characterized in that the transmission with a device is provided, which is used to brake or fix the gearbox can be and / or as a rotation angle or speed sensor serves.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitshub des Arbeitskörpers durch Softwareschalter einstellbar ist. 8. The method according to claim 1, characterized in that the working stroke of the working body is adjustable by software switch.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitshub des Arbeitskörpers durch feste und/oder variable Endschalter einstellbar ist.9. The method according to claim 1, characterized in that the working stroke of the working body is adjustable by fixed and / or variable limit switches.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren nach obiger Gattung zur Steuerung mechanischer Systeme dient, die Kraftübertragung mittels Seil- bzw. Bowdenzügen erfolgt, und eine Translation oder ähnlich wie bei einem biologischen Gelenk eine Kipp- oder Drehbewegung erfolgt.10. The method according to claim 1, characterized in that the method according to the above genus for Control of mechanical systems is used to transmit power Cable or Bowden cables and a translation or similar like a biological joint, a tilting or rotating movement he follows.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen stetiger Abfluß des flüssigen Mediums gegeben ist und der Zufluß vorzugsweise pulsierend erfolgt, und die Frequenz und das Tastverhältnis des Zuflusses veränderbar ist.11. The method according to claim 1, characterized in that an essentially steady outflow of the liquid medium and the inflow is preferred is pulsating, and the frequency and duty cycle of the Inflow is changeable.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren nach obiger Gattung im wesentlichen zur Erzeugung einer Gegenkraft verwendet wird.12. The method according to claim 1, characterized in that the method according to the above genus in is essentially used to generate a counterforce.

13. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 12 mit einem an einem Seil befestigten und sich in einem Behälter befindlichen Arbeitskörper, der durch die Einbringung einer Flüssigkeit eine im wesentlichen auf- und abgehende Bewegung vollführen kann, und bei der durch die Führung des Seils über eine am unteren Ende des Behälters angebrachte Umlenkvorrichtung die nach oben gerichteten Auftriebskraft des Arbeitskörpers in eine nach unten gerichtete Zugkraft umgewandelt wird, wobei der Verlauf des Seiles einen offenen oder geschlossenen Kurvenzug beschreibt, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Seilkraft, die Auftriebskraft, die Lage des Arbeitskörpers, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Arbeitskörpers einzeln oder in Kombination mittels Sensoren erfaßt wird,
- daß der Auftrieb des Arbeitskörpers entsprechend der auf ihn wirkenden Kraft oder nach einem variablen Programm durch die Regelung des Zu- bzw. Abflusses der Flüssigkeit geregelt wird, und
- daß die Regelung des Zu- bzw. Abflusses der Flüssigkeit auf stetiges und/oder pulsförmige Weise geschieht.

13. Device for performing the method according to claims 1 to 12 with a fixed to a rope and located in a container working body, which can carry out a substantially up and down movement by the introduction of a liquid, and in which by the guide the rope is converted via a deflection device attached to the lower end of the container, the upward lifting force of the working body into a downward pulling force, the course of the rope describing an open or closed curve, characterized in that

that the rope force, the buoyancy force, the position of the working body, the speed and the acceleration of the working body are detected individually or in combination by means of sensors,
- That the buoyancy of the working body is regulated according to the force acting on it or according to a variable program by regulating the inflow or outflow of the liquid, and
- That the control of the inflow or outflow of the liquid happens in a steady and / or pulsed manner.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die maximal mögliche Auftriebskraft durch einen modularen Aufbau des Arbeitskörpers aus scheibenförmigen Elementen bzw. Modulen veränderbar ist.14. Device according to claim 13, characterized in that the maximum possible buoyancy due to a modular structure of the working body from disc-shaped Elements or modules can be changed.

15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der möglichen Auftriebskraft durch einen modularen Aufbau des Arbeitskörpers und die Form der verwendeten Module veränderbar ist.15. Device according to claim 13, characterized in that the course of the possible buoyancy through a modular structure of the working body and the shape the modules used can be changed.

16. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß durch am Arbeitskörper anbringbare Gewichte, die vorzugsweise scheibenförmig sind, oder durch ein Seil, das am Arbeitskörper befestigt und über zusätzliche Umlenkrollen am unteren und oberen Ende des Behälters geführt oder direkt am Getriebe befestigt und vorzugsweise mit Gewichten versehen ist, eine veränderbare Abtriebskraft erhalten wird. 16. Device according to claim 13, characterized in that by means of weights attachable to the working body, which are preferably disc-shaped, or by a rope, that is attached to the working body and via additional pulleys guided at the lower and upper end of the container or directly on Gearbox is attached and preferably provided with weights, a variable downforce is obtained.

17. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der möglichen Auftriebskraft des Arbeitskörpers durch Änderung des Behälterquerschnitts veränderbar ist, indem starre oder flexible Einsätze mit veränderbarem Querschnitt in den Behälter eingebracht werden.17. Device according to claim 13, characterized in that the course of the possible buoyancy of the working body by changing the container cross-section is changeable by rigid or flexible inserts with changeable Cross section can be introduced into the container.

18. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Kraft bzw. des Drehmoments direkt über einen bzw. zwei Seilzüge oder über ein Getriebe mit veränderbarer Übersetzung erfolgt.18. Device according to claim 13, characterized in that the transmission of the force or Torque directly via one or two cables or via one Gearbox with changeable translation takes place.

19. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe aus einer oder mehreren auf eine Welle aufsteckbaren zylindrischen Scheiben besteht, die durch eine Feder zusammen- und gegen einen Anschlag auf der Welle gepreßt werden.19. Device according to claim 13, characterized in that the transmission of one or more cylindrical disks that can be plugged onto a shaft by a spring together and against a stop on the shaft be pressed.

20. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung des Schlupfes der Umschlingungswinkel des Seiles vergrößert bzw. das Seil mehrfach um die An- und/oder Abtriebsrolle geführt und/oder ein Keil-, Loch- oder Zahnriemen verwendet wird.20. Device according to claim 13, characterized in that the wrap angle to reduce slip of the rope enlarged or the rope several times the input and / or output roller guided and / or a wedge, perforated or timing belt is used.

21. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß am Getriebe eine Scheibe angebracht ist, die zum Bremsen bzw. Fixieren und/oder als Drehwinkel- bzw. Geschwindigkeitsmelder des Getriebes verwendbar ist und so eine exakte Positionierung ermöglicht. 21. Device according to claim 13, characterized in that a disc is attached to the transmission is for braking or fixing and / or as an angle of rotation or Speed sensor of the transmission is usable and so one enables exact positioning.

22. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitshub des Arbeitskörpers durch Softwareschalter einstellbar ist.22. Device according to claim 13, characterized in that the working stroke of the working body is adjustable by software switch.

23. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitshub des Arbeitskörpers durch feste und/oder variable Endschalter einstellbar ist, die vorzugsweise auf den Flüssigkeitspegel ansprechen.23. Device according to claim 13, characterized in that the working stroke of the working body is adjustable by fixed and / or variable limit switches, which preferably respond to the liquid level.

24. Verwendung der Einrichtung zur Steuerung und zum Antrieb mechanischer Systeme, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung mittels Seil- bzw. Bowdenzügen erfolgt und eine Translation oder ähnlich wie bei einem biologischen Gelenk eine Kipp- oder Drehbewegung bewirkt werden kann.24. Use of the device for controlling and driving mechanical Systems, characterized in that the power transmission by means of rope or Bowden cables and a translation or similar to causes a tilting or rotating movement of a biological joint can be.

25. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen stetiger Abfluß der Flüssigkeit gegeben ist und der Zufluß vorzugsweise pulsierend erfolgt, und die Frequenz und das Tastverhältnis des Zuflusses veränderbar ist.25. Device according to claim 13, characterized in that an essentially steady outflow the liquid is given and the inflow is preferably pulsating and the frequency and duty cycle of the inflow is changeable.

26. Verwendung der Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gegenkraft erzeugt wird.26. Use of the device according to claim 13, characterized in that a counterforce is generated.

27. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Flüssigkeitspegels Druckluft verwendet wird.27. Device according to claim 13, characterized in that to change the liquid level Compressed air is used.

28. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Behälter verwendet werden.28. Device according to claim 13, characterized in that several containers are used.

29. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit zumindest zum Teil zwischen den Behältern umgepumpt wird bzw. ein selbsttätiger Niveauausgleich stattfindet.29. Device according to claim 27, characterized in that the liquid at least in part is pumped between the tanks or an automatic level compensation takes place.

30. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein einfacher Wechsel der Flüssigkeit stattfinden kann bzw. während des Betriebs erfolgt und/oder keimtötende Vorrichtungen in der Einrichtung enthalten sind.30. Device according to claim 13, characterized in that a simple change of liquid can take place or takes place during operation and / or germicidal Devices are included in the facility.