EP1059459A1 - Rotary fluid actuator - Google Patents
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- EP1059459A1 EP1059459A1 EP99111186A EP99111186A EP1059459A1 EP 1059459 A1 EP1059459 A1 EP 1059459A1 EP 99111186 A EP99111186 A EP 99111186A EP 99111186 A EP99111186 A EP 99111186A EP 1059459 A1 EP1059459 A1 EP 1059459A1
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- rotary drive
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- 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
- F15B15/10—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type
- F15B15/103—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type using inflatable bodies that contract when fluid pressure is applied, e.g. pneumatic artificial muscles or McKibben-type actuators
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- F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
- F15B15/24—Other details, e.g. assembly with regulating devices for restricting the stroke
Definitions
- the invention relates to a fluid-operated rotary drive, with one extending between two head pieces Hose body, the one attacking the two head pieces Power transmission structure is associated with Fluid exposure to the interior of the hose body relative rotation between the two head pieces evokes.
- US 3,638,536 already has a fluid-operated one Rotary drive of the type mentioned initially proposed in which the rotational movement by an axially between two headers extending and with an integrated Power transmission structure provided hose body is produced.
- the tube body is there as a contraction tube designed for the application of internal pressure expands radially and at the same time via the power transmission structure pulls the two head pieces towards each other.
- the is tapped Angle of rotation relatively small, so that the possible uses this known rotary actuator quickly set limits are and the practical technical benefit in question can be put.
- the support device choose the axial relative movements between prevented the two head pieces in both axial directions.
- the invention preferably rotary movements and torques with a defined assignment of operating pressure, Angle of rotation and torque while avoiding axial Movements generated as another dependent variable become.
- the support device To ensure reliable operation of the rotary drive even then to ensure if the headers are not purely axial Applying forces, it is advantageous to use the support device to be interpreted as being between the two head pieces absorb transverse forces and / or bending moments can. To compensate for these loads, too external institutions are used, for example the objects to be rotated relative to each other, if they are stored accordingly. To a universal To enable the use of the rotary actuator is recommended However, there is also an integration of these support functions into the support device itself.
- the support device not necessarily as an immediate component of the Rotary drive must be executed. Your function can be corresponding design of the relative to each other to twisted objects themselves or from other suitable external means.
- the power transmission structure is preferably a strand structure running across a multitude themselves between flexible headers extending the head pieces has, which is in particular helical between extend the two headers and the for the relative Rotational movement when the internal pressure is applied Hose body are responsible. It would be conceivable that Tension strands through warp-like cross strands or through a whatever kind of networking in their relative position to fix. However, it has proven to be particularly beneficial proved the strand structure exclusively running side by side with the same longitudinal orientation To build train lines. Their position is convenient stabilized in that they are at least partially in the tube body are embedded, for example by Vulcanization.
- the limiting means can be on the outer circumference of the hose body be placed, but will preferably be at least partially and especially completely in the tube body integrated.
- the connection between the tubular body 2 and a respective one Head piece 3, 4 is designed to be fluid-tight.
- the Hose body 2 therefore defines together with the two Headers 3.4 an interior 8, which if necessary with the actuating fluid pressure medium, e.g. Compressed air, can be acted upon.
- the actuating fluid pressure medium e.g. Compressed air
- the fluid supply is guaranteed by in the interior 8 flowing fluid channel means 12.
- They contain in the embodiment, one of the two head pieces 3,4, in the present case the rear head piece 4, penetrating Fluid channel 12 ', the outer end of which is schematic indicated connection means 11 to a further Fluid line 13 is connected, via which both a supply as well as a discharge of the print medium with respect to the Interior 8 can be done. It is understood that for the Feeding and removal of the pressure medium if necessary separate fluid channels can be provided.
- the strand structure 6 could be in relation to the tubular body 2 be formed separately, the latter on the outer circumference completely encloses, for example based on the model the EP 0 161 750 B1. However, this is also preferable in the exemplary embodiment realized design in which the Strand structure 6 at least partially and preferably completely is integrated in the hose body 2.
- the Tension cords 7 are in the material of the hose body 2 embedded so that the hose body 2 and the power transmission structure 20 form a structural unit that together can be fixed to the head pieces 3.4. Through the attachment the hose body 2 also becomes the force transmission structure 20 fixed to the headers 3.4 so that they can exert 3.4 tensile forces with respect to these head pieces.
- the support device 18 can thus be seen with regard to the direction of action of the support function assumed by it taking into account the work area of Strand structure 6 can be designed. Occur in operation only Sloping angle "s" above 54.7 °, the support can become preventing the headers from being removed from each other 3.4 limit. However, the angular range lies always below 54.7 °, the design can be made so that only a support to prevent one axial approach takes place. However, it is already over Because of the stability of the rotary drive 1 as such very much reasonable regardless of the helix angle that occurs during operation a support that is always effective in both axial directions to provide, as is the case with the embodiment is.
- the support elements 22, 23 can also be used to stabilize the Contribute hose body 2 with rotary drive 1 deactivated.
- the Hose body 2 in the depressurized state of its interior 8 bears coaxially on the outer surfaces of the support elements 22, 23.
- Suitable channel connections 34 in the head pieces 3.4 ensure the desired fluid access despite everything to the inner surface of the hose body 2.
- This form of implementation provides that the limitation means 35 around one or more ring-like or belt-like Elements are arranged coaxially to the tubular body 2 are. If there are several elements, one is created axially spaced distribution along the length of the Hose body 2 away. When pressurizing the Hose body 2 are thus only those between adjacent ones Limiting means 35 lying wall areas of the hose body 2 capable of radial expansion. On in this way the tubular body 2 is in the activated state over a bulged outer contour, whereby however the diameter increase compared to the deactivated Condition is much lower than in one Design without means to limit expansion.
- hose body 2 To specify a certain maximum angle of rotation, you can in the interior 8 of the hose body 2 or radially outside the hose body 2 means may be provided (not shown), the radial deformation of the hose body 2 limit.
- the means preferably assume a stop function and could therefore also be used as a sling be designated.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen fluidbetätigten Drehantrieb, mit einem sich zwischen zwei Kopfstücken erstreckenden Schlauchkörper, dem eine an den beiden Kopfstücken angreifende Kraftübertragungsstruktur zugeordnet ist, die bei Fluidbeaufschlagung des Innenraumes des Schlauchkörpers eine relative Drehbewegung zwischen den beiden Kopfstücken hervorruft.The invention relates to a fluid-operated rotary drive, with one extending between two head pieces Hose body, the one attacking the two head pieces Power transmission structure is associated with Fluid exposure to the interior of the hose body relative rotation between the two head pieces evokes.
Bekannte fluidbetätigte Drehantriebe, wie sie insbesondere in der Pneumatik eingesetzt werden, verfügen beispielsweise über ein starres Gehäuse, in dem ein Kolben axial verschiebbar angeordnet ist, der über Führungsmittel derart mit dem Gehäuse zusammenwirkt, daß er bei der Axialbewegung gleichzeitig eine Drehbewegung ausführt. Diese Drehbewegung wird auf eine drehfest mit dem Kolben bewegungsgekoppelte Stange übertragen, an der somit eine Drehbewegung abgegriffen werden kann, die beispielsweise zur Betätigung eines Ventils herangezogen werden kann. Ein Drehantrieb dieser Art geht aus der DE 44 27 779 C2 hervor.Known fluid-operated rotary drives, such as those in particular used in pneumatics, for example via a rigid housing in which a piston is axially displaceable is arranged, the guide means such cooperates with the housing so that it is in the axial movement performs a rotary movement at the same time. This rotation is rotationally coupled to the piston in a rotationally fixed manner Transfer rod, at which a rotary movement is thus tapped can be, for example, to operate a Valve can be used. A rotary drive this Art emerges from DE 44 27 779 C2.
Nachteilig bei derartigen Drehantrieben ist der zu ihrer Realisierung notwendige hohe mechanische Aufwand, sei es im Zusammenhang mit der Führung des Kolbens oder mit dessen Abdichtung zum Gehäuse. Diese bekannten Drehantriebe sind daher relativ teuer und verschleißanfällig.A disadvantage of such rotary drives is that of theirs Realization necessary high mechanical effort, be it in Connection with the guidance of the piston or with its Sealing to the housing. These known rotary actuators are therefore relatively expensive and prone to wear.
Man hat daher in der US 3,638,536 bereits einen fluidbetätigten Drehantrieb der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem die Drehbewegung durch einen sich axial zwischen zwei Kopfstücken erstreckenden und mit einer integrierten Kraftübertragungsstruktur versehenen Schlauchkörper erzeugt wird. Der Schlauchkörper ist dort als Kontraktionsschlauch ausgelegt, der sich bei Innendruckbeaufschlagung radial ausdehnt und gleichzeitig über die Kraftübertragungsstruktur die beiden Kopfstücke zueinander zieht. Aufgrund der Ausgestaltung der Kraftübertragungsstruktur als Strangstruktur mit zueinander parallelen, wendelförmig verlaufenden Zugsträngen, hat die axiale Kontraktion zugleich eine relative Drehbewegung zwischen den beiden Kopfstücken zur Folge, die sich zur Betätigung eines zu drehenden Gegenstandes abgreifen läßt. Allerdings ist der abgreifbare Drehwinkel relativ gering, so daß den Einsatzmöglichkeiten dieses bekannten Drehantriebes rasch Grenzen gesetzt sind und der praktische technische Nutzen in Frage gestellt werden kann.Therefore, US 3,638,536 already has a fluid-operated one Rotary drive of the type mentioned initially proposed in which the rotational movement by an axially between two headers extending and with an integrated Power transmission structure provided hose body is produced. The tube body is there as a contraction tube designed for the application of internal pressure expands radially and at the same time via the power transmission structure pulls the two head pieces towards each other. Due to the design of the power transmission structure as a strand structure with mutually parallel, helical running tensile strands, has the axial contraction at the same time a relative rotational movement between the two head pieces resulting in the actuation of a to be rotated Object can be tapped. However, the is tapped Angle of rotation relatively small, so that the possible uses this known rotary actuator quickly set limits are and the practical technical benefit in question can be put.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen fluidbetätigten Drehantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich bei kompakten Längenabmessungen größere Drehwinkel realisieren lassen.It is the object of the present invention to provide a fluid operated To create a rotary drive of the type mentioned at the outset, with which larger ones with compact length dimensions Have the angle of rotation realized.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß sich die beiden Kopfstücke über eine Abstützeinrichtung unter Gewährleistung ihrer relativen Verdrehbarkeit derart aneinander abstützen, daß sie zur Beibehaltung ihrer axialen Relativposition an einer axialen Relativbewegung im Sinne einer gegenseitigen Annäherung und/oder einer gegenseitigen Entfernung gehindert sind.To solve this problem it is provided that the two Head pieces via a support device under warranty their relative rotatability support that they maintain their axial relative position on an axial relative movement in the sense of a mutual rapprochement and / or distance are hindered.
Es wurde festgestellt, daß sich bei einer Fixierung der axialen Relativposition der beiden Kopfstücke, bei gleichzeitiger Gewährleistung des Drehfreiheitsgrades bezüglich der Längsachse, wesentlich größere Drehwinkel realisieren lassen als bei einem als Kontraktionselement ausgelegten Schlauchkörper. Die Beibehaltung der axialen Relativposition gewährleistet eine zwischen den beiden Kopfstücken wirksame Abstützeinrichtung, deren axiale Wirkungsrichtung in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Kraftübertragungsstruktur gewählt werden kann. Es wurde festgestellt, daß sich in Abhängigkeit vom Aufbau der Kraftübertragungsstruktur und unter Berücksichtigung der axial wirksamen Druckbeaufschlagungsflächen der Kopfstücke gewisse Tendenzen zu einem voneinander Entfernen oder zu einem einander Annähern der Kopfstücke einstellen. Diesen Bewegungstendenzen kann dann durch entsprechende Ausgestaltung der Abstützeinrichtung entgegengewirkt werden. Zweckmäßigerweise wird man dabei eine Ausführungsform der Abstützeinrichtung wählen, die axiale Relativbewegungen zwischen den beiden Kopfstücken in beiden Axialrichtungen verhindert. Mit der Erfindung können vorzugsweise Drehbewegungen und Drehmomente mit definierter Zuordnung von Betriebsdruck, Drehwinkel und Drehmoment unter Vermeidung von axialen Bewegungen als weiterer abhängigen Variablen erzeugt werden.It was found that when the axial relative position of the two head pieces, with simultaneous Guarantee of the degree of freedom in relation to the longitudinal axis, realize much larger angles of rotation let as a designed as a contraction element Hose body. Maintaining the relative axial position ensures an effective between the two head pieces Support device, the axial direction of action in Dependence on the design of the power transmission structure can be chosen. It was determined, that varies depending on the structure of the power transmission structure and taking into account the axially effective Pressurizing surfaces of the headers have certain tendencies to a distance from one another or to one another Adjust the approach of the head pieces. These movement tendencies can then by appropriate design the support device can be counteracted. Conveniently one becomes an embodiment of the support device choose the axial relative movements between prevented the two head pieces in both axial directions. With the invention preferably rotary movements and torques with a defined assignment of operating pressure, Angle of rotation and torque while avoiding axial Movements generated as another dependent variable become.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous developments of the invention can be seen in the Sub-claims emerge.
Um einen zuverlässigen Betrieb des Drehantriebes auch dann zu gewährleisten, wenn auf die Kopfstücke nicht rein axiale Kräfte einwirken, ist es von Vorteil, die Abstützeinrichtung so auszulegen, daß sie zwischen den beiden Kopfstücken auftretende Querkräfte und/oder Biegemomente aufnehmen kann. Zwar könnten zur Kompensation dieser Belastungen auch externe Einrichtungen herangezogen werden, beispielsweise die relativ zueinander zu verdrehenden Gegenstände selbst, wenn diese entsprechend gelagert sind. Um einen universellen Einsatz des Drehantriebes zu ermöglichen, empfiehlt sich jedoch eine Integration auch dieser Abstützfunktionen in die Abstützeinrichtung selbst.To ensure reliable operation of the rotary drive even then to ensure if the headers are not purely axial Applying forces, it is advantageous to use the support device to be interpreted as being between the two head pieces absorb transverse forces and / or bending moments can. To compensate for these loads, too external institutions are used, for example the objects to be rotated relative to each other, if they are stored accordingly. To a universal To enable the use of the rotary actuator is recommended However, there is also an integration of these support functions into the support device itself.
Im übrigen ist auch zu erwähnen, daß die Abstützeinrichtung nicht notwendigerweise als unmittelbare Komponente des Drehantriebes ausgeführt sein muß. Ihre Funktion kann bei entsprechender Ausgestaltung auch von den relativ zueinander zu verdrehenden Gegenständen selbst oder von sonstigen geeigneten externen Mitteln erfüllt werden.It should also be mentioned that the support device not necessarily as an immediate component of the Rotary drive must be executed. Your function can be corresponding design of the relative to each other to twisted objects themselves or from other suitable external means.
Die Kraftübertragungsstruktur ist vorzugsweise als Strangstruktur ausgeführt, die über eine Vielzahl sich zwischen den Kopfstücken erstreckender biegeflexibler Zugstränge verfügt, die sich insbesondere schraubenwendelförmig zwischen den beiden Kopfstücken erstrecken und die für die relative Drehbewegung bei Innendruckbeaufschlagung des Schlauchkörpers verantwortlich sind. Es wäre denkbar, die Zugstränge durch kettfädenartige Querstränge oder durch eine wie auch immer geartete Vernetzung in ihrer Relativposition zu fixieren. Allerdings hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Strangstruktur ausschließlich aus mit gleicher Längsorientierung nebeneinander verlaufenden Zugsträngen aufzubauen. Deren Position wird zweckmäßigerweise dadurch stabilisiert, daß sie zumindest teilweise in den Schlauchkörper eingebettet sind, beispielsweise durch Vulkanisation.The power transmission structure is preferably a strand structure running across a multitude themselves between flexible headers extending the head pieces has, which is in particular helical between extend the two headers and the for the relative Rotational movement when the internal pressure is applied Hose body are responsible. It would be conceivable that Tension strands through warp-like cross strands or through a whatever kind of networking in their relative position to fix. However, it has proven to be particularly beneficial proved the strand structure exclusively running side by side with the same longitudinal orientation To build train lines. Their position is convenient stabilized in that they are at least partially in the tube body are embedded, for example by Vulcanization.
Es wurde festgestellt, daß sich mit einem zylindrischen, nur in einer Richtung gewendelt strang- bzw. fadenverstärkten Elastomerschlauch, dessen Enden an Kopfstücken fixiert sind, welche wiederum in axialer Richtung fixiert und bezüglich der Schlauchlängsachse frei drehbar sind, dem Schlauchinnendruck und dem Schlauchinnenvolumen fest zuordenbare große Drehwinkel und Drehmomente realisieren lassen.It was found that a cylindrical, only in one direction, strand or thread reinforced Elastomer hose, the ends of which are fixed to head pieces are, which in turn are fixed in the axial direction and with respect the hose longitudinal axis are freely rotatable, the Inner hose pressure and the inner volume of the hose can be assigned large rotation angles and torques can be realized.
Es wurde festgestellt, daß bei einem anfänglichen, also im drucklosen Zustand des Schlauchkörpers betrachteten Schrägverlauf der Zugstränge von mehr als 54,7° bezüglich der Längsrichtung des Schlauchkörpers bei dessen Druckbeaufschlagung zumindest anfänglich eine Tendenz der Kopfstücke besteht, sich axial voneinander zu entfernen. In diesem Falle kommt eine Abstützeinrichtung zum Einsatz, die zumindest diese axiale Relativbewegung verhindert. Dagegen ist bei einem anfänglichen Schrägverlauf der Zugstränge von weniger als 54,7° bei Druckbeaufschlagung des Schlauchkörpers eine zumindest anfängliche Kontraktionsneigung festzustellen, so daß in einem solchen Falle die Abstützeinrichtung derart ausgeführt werden sollte, daß sie zumindest eine axiale Relativbewegung der beiden Kopfstücke im Sinne einer gegenseitigen Annäherung verhindert. Da sich der Schrägwinkel im Betrieb des Drehantriebes mit zunehmender Verdrehung verringert, empfiehlt sich vor allem dann wenn der anfängliche Schrägverlauf mehr als 54,7° entspricht und im Laufe des Betriebes unter diese Marke fällt, eine in beiden Axialrichtungen wirksame axiale Abstützung zwischen den beiden Kopfstücken.It was found that in an initial, i.e. in depressurized condition of the hose body considered oblique course the tension cords of more than 54.7 ° with respect to the Longitudinal direction of the hose body when it is pressurized at least initially a tendency of the headers exists to move axially apart. In this Trap a support device is used, at least this axial relative movement prevented. Against it with an initial oblique course of the tensile strands of less than 54.7 ° when the hose body is pressurized determine an at least initial tendency to contract, so that in such a case the support device should be carried out in such a way that it has at least one axial relative movement of the two head pieces in the sense of a prevents mutual rapprochement. Because the helix angle in the operation of the rotary drive with increasing rotation reduced, especially recommended when the initial Inclined course corresponds to more than 54.7 ° and in the course of the company falls under this brand, one in both Effective axial support between the axial directions two head pieces.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, die Strangstruktur so auszulegen, daß der bezüglich der Längsrichtung des Schlauchkörpers gemessene anfängliche Schrägverlauf der Zugstränge im Bereich zwischen 55° und 65° liegt.It has proven to be particularly advantageous Line structure to be designed so that with respect to the longitudinal direction of the tube body measured initial slope the tension lines in the range between 55 ° and 65 ° lies.
Prinzipiell wäre es möglich, die Abstützeinrichtung zumindest teilweise außerhalb des Schlauchkörpers zu installieren. Wesentlich vorteilhafter weil platzsparender ist jedoch eine Unterbringung der Abstützeinrichtung im Innenraum des Schlauchkörpers. Dies hat zudem einen Fluidspareffekt zur Folge, weil das mit Fluid zu befüllende Volumen des Innenraumes des Schlauchkörpers reduziert ist.In principle, it would be possible to at least support the device partially installed outside the hose body. However, it is much more advantageous because it saves space an accommodation of the support device in the interior of the hose body. This also has a fluid saving effect as a result of the volume of the interior to be filled with fluid of the hose body is reduced.
Um besonders hohe Drehwinkel zwischen den beiden Kopfstükken realisieren zu können, wird der Schlauchkörper einschließlich der Kontraktionsstruktur mit entsprechend großer Baulänge ausgeführt. Ohne besondere Zusatzmaßnahmen hätte dies jedoch im Betrieb eine meist nicht tolerable große Radialausdehnung des Schlauchkörpers zur Folge. Aus diesem Grund werden bei Drehantrieben mit relativ großer Schlauchkörperlänge dem betreffenden Schlauchkörper zweckmäßigerweise Mittel zugeordnet, die lokal das radiale Aufweiten des Schlauchkörpers bei Innendruckbeaufschlagung beeinflussen und insbesondere behindern und die vorliegend als Begrenzungsmittel bezeichnet seien. Diese Begrenzungsmittel können über die Länge des Schlauchkörpers verteilt angeordnet sein, wobei es sich beispielsweise um Einzelelemente handeln kann, die insbesondere ring- oder gurtartig ausgeführt und koaxial zum Schlauchkörper mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind. Dabei kann es sich um starre Ringelemente aus Kunststoffmaterial oder Metall handeln. Denkbar wäre auch eine fadenartige Ausgestaltung aus zugfestem flexiblem Material, beispielsweise Textilmaterial.At particularly high angles of rotation between the two head pieces To be able to realize, the tube body is inclusive the contraction structure with a correspondingly large Overall length executed. Without special additional measures however, this would usually be intolerable in operation large radial expansion of the hose body results. Out for this reason, rotary actuators with a relatively large Hose body length expediently the relevant hose body Means allocated locally that expand radially of the hose body when subjected to internal pressure and in particular hinder and the present may be referred to as limiting agents. This limitation means can be distributed over the length of the hose body be arranged, for example individual elements can act, especially ring or belt-like executed and coaxial to the hose body with an axial distance are arranged to each other. It can be act rigid ring elements made of plastic material or metal. A thread-like configuration would also be conceivable tensile flexible material, for example textile material.
Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Begrenzungsmittel von zumindest einem koaxial zum Schlauchkörper angeordneten Wendelkörper gebildet, der sich gleichsinnig oder gegensinnig zur Strangstruktur schraubenwendelförmig entlang dem Umfang des Schlauchkörpers erstreckt und dessen Gestalt beispielsweise vergleichbar einer Schraubenfeder gewählt werden kann.In a further expedient embodiment, the limiting means are of at least one coaxial to the hose body arranged helix formed in the same direction or helical in the opposite direction to the strand structure extends along the circumference of the hose body and its shape, for example, comparable to a coil spring can be chosen.
Die Begrenzungsmittel können am Außenumfang des Schlauchkörpers plaziert sein, werden jedoch vorzugsweise zumindest teilweise und insbesondere vollständig in den Schlauchkörper integriert.The limiting means can be on the outer circumference of the hose body be placed, but will preferably be at least partially and especially completely in the tube body integrated.
Um einen vorbestimmten Drehwinkel realisieren zu können, sind ferner zweckmäßigerweise Mittel vorhanden, die die radiale Verformung des Schlauchkörpers begrenzen. Sie können im Innenraum des Schlauchkörpers oder außerhalb desselben plaziert sein und haben vorzugsweise eine Anschlagfunktion.In order to be able to implement a predetermined angle of rotation, means are also expediently available that the radial Limit deformation of the hose body. You can inside the hose body or outside it be placed and preferably have a stop function.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
- Figur 1
- in einer Längsschnittdarstellung eine erste Bauform des erfindungsgemäßen Drehantriebes im deaktivierten Zustand bei drucklosem Schlauchkörper, wobei gestrichelt eine mögliche Gestalt des Schlauchkörpers im aktivierten Zustand dargestellt ist, und
Figur 2- eine Seitenansicht des Drehantriebes aus Figur 1 mit blickgemäß Pfeil II in schematischer Darstellung und mit strichpunktierter Andeutung der in Figur 1 auch nur strichpunktiert angedeuteten Kraftübertragungsstruktur.
- Figure 1
- in a longitudinal sectional view, a first design of the rotary drive according to the invention in the deactivated state when the hose body is depressurized, a possible shape of the hose body in the activated state being shown in dashed lines, and
- Figure 2
- 2 shows a side view of the rotary drive from FIG. 1 with arrow II looking in a schematic representation and with a dash-dotted indication of the power transmission structure that is only indicated by dash-dotted lines in FIG.
Der in der Zeichnung allgemein mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Drehantrieb wird durch Fluidkraft betätigt, wobei sich als Druckmedium jedes gasförmige oder hydraulische Fluid eignet. Das Ausführungsbeispiel ist zum Betrieb mit Druckluft ausgelegt. The one generally designated by reference number 1 in the drawing Rotary drive is operated by fluid force, whereby as a pressure medium any gaseous or hydraulic fluid is suitable. The exemplary embodiment is for operation with compressed air designed.
Der Drehantrieb 1 verfügt über zwei mit Abstand zueinander
angeordnete Kopfstücke 3,4, die nachstehend zum Zwecke des
besseren Verständnisses und ohne damit eine Einschränkung
verbinden zu wollen, als vorderes und hinteres Kopfstück
3,4 bezeichnet werden. Zwischen diesen Kopfstücken 3,4 erstreckt
sich axial ein flexibler und vorzugsweise gummielastischer
Schlauchkörper 2, der zweckmäßigerweise aus Gummi
besteht und der sich aus einer oder mehreren Materiallagen
zusammensetzen kann.The rotary drive 1 has two spaced apart
arranged
Mit seinen beiden axialen Endabschnitten ist der Schlauchkörper
2 am jeweils zugeordneten Kopfstück 3,4 befestigt.
Diese Befestigung kann an sich auf beliebige Weise erfolgen,
wobei beim Ausführungsbeispiel geeignete Klemmvorrichtungen
9 vorgesehen sind. Dabei kann der axiale Endbereich
des Schlauchkörpers durch jeweils eine Überwurfmutter 10 am
betreffenden Kopfstück 3,4 festgelegt sein.With its two axial end sections is the
Die Verbindung zwischen dem Schlauchkörper 2 und einem jeweiligen
Kopfstück 3,4 ist fluiddicht ausgeführt. Der
Schlauchkörper 2 definiert daher zusammen mit den beiden
Kopfstücken 3,4 einen Innenraum 8, der bei Bedarf mit dem
zur Betätigung dienenden fluidischen Druckmedium, z.B.
Druckluft, beaufschlagbar ist.The connection between the
Die Fluidbeaufschlagung wird gewährleistet durch in den Innenraum
8 einmündende Fluidkanalmittel 12. Sie enthalten
beim Ausführungsbeispiel einen das eine der beiden Kopfstücke
3,4, vorliegend das hintere Kopfstück 4, durchsetzenden
Fluidkanal 12', dessen äußeres Ende über schematisch
angedeutete Verbindungsmittel 11 an eine weiterführende
Fluidleitung 13 angeschlossen ist, über die sowohl eine Zufuhr
als auch eine Abfuhr des Druckmediums bezüglich des
Innenraumes 8 erfolgen kann. Es versteht sich, daß für die
Einspeisung und die Abfuhr des Druckmediums bei Bedarf auch
getrennte Fluidkanäle vorgesehen sein können.The fluid supply is guaranteed by in the
Dem Schlauchkörper 2 ist mit koaxialer Ausrichtung eine in
Figuren 1 und 2 schematisch strichpunktiert angedeutete
Kraftübertragungsstruktur 20 zugeordnet. Sie erstreckt sich
axial zwischen den beiden Kopfstücken 3,4, an denen sie befestigt
ist. Ihr Aufbau ist so gewählt, daß sie zum einen
eine hohe Zugfestigkeit und zum anderen eine hohe Biegeflexibilität
aufweist. Dies kann am besten dadurch erreicht
werden, daß sie in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel
als eine hohlzylindrische Konfiguration einnehmende
Strangstruktur 6 ausgeführt ist.The
Die Strangstruktur 6 beinhaltet eine Vielzahl von biegeflexiblen,
gleichzeitig aber zur Übertragung von Zugkräften
zwischen den beiden Kopfstücken 3,4 geeigneten einzelnen
Zugsträngen 7, die beispielsweise aus textilen oder metallischen
Fasern oder auch aus Kunststoffmaterial bestehen
können. Jeder Zugstrang 7 kann aus einer einzelnen Faser
gebildet sein, möglich ist aber auch ein mehrfasriger Aufbau,
insbesondere in Gestalt mehrerer zu einem Strang verdrillter
Einzelfasern. The strand structure 6 contains a multiplicity of flexible,
but at the same time for the transmission of tensile forces
suitable between the two head pieces 3.4
Die Strangstruktur 6 könnte bezüglich dem Schlauchkörper 2
separat ausgebildet sein, wobei sie letzteren am Außenumfang
komplett umschließt, beispielsweise nach dem Vorbild
der
EP 0 161 750 B1. Vorzuziehen ist jedoch die auch beim Ausführungsbeispiel
realisierte Bauform, bei der die
Strangstruktur 6 zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig
in den Schlauchkörper 2 integriert ist. Die
Zugstränge 7 sind in das Material des Schlauchkörpers 2
eingebettet, so daß der Schlauchkörper 2 und die Kraftübertragungsstruktur
20 eine Baueinheit bilden, die gemeinsam
an den Kopfstücken 3,4 festlegbar ist. Durch die Befestigung
des Schlauchkörpers 2 wird auch die Kraftübertragungsstruktur
20 an den Kopfstücken 3,4 fixiert, so daß sie
bezüglich diesen Kopfstücken 3,4 Zugkräfte ausüben kann.The strand structure 6 could be in relation to the
Die Kraftübertragungsstruktur 20 ist derart ausgelegt, daß
sie bei Fluidbeaufschlagung des Innenraumes 8 eine relative
Drehbewegung zwischen den beiden Kopfstücken 3,4 bezüglich
der Längsachse 14 des Schlauchkörpers 2 hervorruft. Ferner
ist eine Abstützeinrichtung 18 vorhanden, über die sich die
beiden Kopfstücke 3,4 unter Gewährleistung ihrer relativen
Verdrehbarkeit in axialer Richtung aneinander abstützen.
Die Abstützfunktion ist so gewählt, daß die beiden Kopfstücke
3,4 ungeachtet des momentanen Betriebszustandes des
Drehantriebes 1, also unabhängig vom Grad der Druckbeaufschlagung
des Innenraumes 8, ihre axiale Relativposition
beibehalten. The
Beim Ausführungsbeispiel ist der Aufbau der Abstützeinrichtung
18 so gewählt, daß sie die beiden Kopfstücke 3,4 an
jeglicher axial orientierten Relativbewegung hindert. Die
Kopfstücke 3,4 können sich also weder gegenseitig annähern
noch voneinander entfernen.In the embodiment, the structure of the
Im deaktivierten Zustand des Drehantriebes 1, also bei
drucklosem Innenraum 8, nehmen der Schlauchkörper 2 und die
Kraftübertragungsstruktur 20 die aus Figuren 1 und 2 ersichtliche
hohlzylinderähnliche Konfiguration ein. Bei Einspeisung
eines unter Überdruck stehenden Druckmediums in
den Innenraum 8 weitet sich der gummielastische Schlauchkörper
2 radial auf, wie dies in Figur 1 bei 21 in gestrichelten
Linien exemplarisch angedeutet ist. Dies hat
gleichzeitig eine radiale Beaufschlagung der Kraftübertragungsstruktur
20 zur Folge, die aufgrund ihrer besonderen
Strukturierung eine relative Drehbewegung zwischen den beiden
Kopfstücken 3,4 um die Längsachse 14 hervorruft. Ist
eines der Kopfstücke, wie vorliegend das hintere Kopfstück
4, an einer Haltung 15 drehfest fixiert, führt allein das
andere, vorliegend das vordere Kopfstück 3, die Drehbewegung
aus. An diesem Kopfstück 3 vorgesehene Kraftübertragungsmittel
25 ermöglichen die Befestigung eines beliebigen
Gegenstandes 28, der verdreht werden soll. Der Gegenstand
28 kann beispielsweise ein Maschinenteil oder der Betätigungsschaft
eines Drehventils sein.In the deactivated state of the rotary drive 1, that is at
Bedingt durch die axiale Abstützung der beiden Kopfstücke 3,4 lassen sich exakt reproduzierbar relativ große Drehwinkel realisieren. Due to the axial support of the two head pieces 3.4, relatively large rotation angles can be reproduced exactly realize.
Wird der Drehantrieb 1 durch Druckentlastung des Innenraumes
8 deaktiviert, stellen sich die Kopfstücke 3,4 bedingt
durch die gummielastische Rückstellkraft des Schlauchkörpers
2 bei fehlendem Lastmoment wieder in die anfängliche
relative Drehposition zurück. Es versteht sich, daß auch
zusätzliche separate Rückstellmittel vorgesehen werden können,
obgleich diese in der Regel nicht erforderlich sind.If the rotary actuator 1 by relieving the pressure in the
Die beispielsgemäße und besonders vorteilhafte Strangstruktur
6 setzt sich ausschließlich aus Zugsträngen 7 zusammen,
die sich schraubenwendelförmig mit bezüglich dem Schlauchkörper
2 koaxialer Anordnung und mit untereinander identischer
Längs-orientierung zwischen den beiden Kopfstücken
3,4 erstrecken. In Seitenansicht gemäß Pfeil II oder in einer
Abwicklung gesehen, ergibt sich somit zwischen der
Längsrichtung der Zugstränge 7 und der Längsrichtung des
Schlauchkörpers 2 ein Schrägverlauf, der in Figur 2 bei "s"
als Schrägwinkel markiert ist. Dabei ist zweckmäßigerweise
vorgesehen, daß der anfängliche Schrägverlauf, also der bei
überdrucklosem Innenraum 8 und hohlzylindrischer Ausrichtung
des Schlauchkörpers 2 auftretende Schrägwinkel "s", im
Bereich zwischen 55° und 65° liegt.The exemplary and particularly advantageous strand structure
6 is composed exclusively of
Ausgehend von diesem anfänglichen Schrägverlauf reduziert
sich der Schrägwinkel "s" bei zunehmender Druckbeaufschlagung
des Innenraumes 8 infolge der radialen Verformung der
Zugstränge 7. Daraus resultiert eine schräge Einleitung der
Zugkräfte in die Kopfstücke 3,4, die folglich zueinander
verdreht werden. Der Drehwinkel und das Drehmoment läßt
sich über den im Innenraum 8 eingestellten Innendruck bzw.
das in den Innenraum 8 eingeführte Fluidvolumen vorgeben.Based on this initial slope, reduced
the helix angle "s" increases with increasing pressure
of the
Es wurde festgestellt, daß die auf die Kopfstücke 3,4 ausgeübten
resultierenden Axialkräfte bei einem momentanen
Schrägverlauf der Zugstränge 7 von 54,7° eine Richtungsumkehr
unterliegen. Dies hat zur Folge, daß die Kopfstücke
3,4 beim Ausführungsbeispiel außer den die relative Drehbewegung
verursachenden Kräften zunächst auch noch Axialkräfte
erfahren, die sie im Sinne eines gegenseitigen Entfernens
beaufschlagen. Eine dementsprechende Bewegung wird jedoch
durch die Abstützeinrichtung 18 verhindert. Verringert
sich im Laufe des Betriebes der aktuelle Schrägwinkel des
"s" unter die Marke von 54,7°, erfahren die Kopfstücke 3,4
insgesamt eine Axialbeanspruchung im Sinne einer gegenseitigen
Annäherung. Auch diese wird jedoch durch die Abstützeinrichtung
18 verhindert.It was found that those exerted on the
Gegenseitiges Entfernen resultiert aus dem fluidischen Innendruck und seiner konstanten Wirkfläche an den Schlauchstirnseiten. Gegenseitiges Annähern resultiert aus der Axialkomponente aller Strangzugkräfte an den Endstükken. Diese beiden Wirkungen heben sich auf, wenn der Schrägwinkel an der im Durchmesser dicksten Stelle des Schlauchkörpers jenen Wert 54,7° aufweist.Mutual removal results from the fluidic internal pressure and its constant effective area on the Hose end faces. Mutual approximation results from the axial component of all tensile forces at the end pieces. These two effects cancel each other out if the Oblique angle at the thickest point of the diameter Hose body has that value 54.7 °.
Ersichtlich kann somit die Abstützeinrichtung 18 hinsichtlich
der Wirkungsrichtung der von ihr übernommenen Abstützfunktion
unter Berücksichtigung des Arbeitsbereiches der
Strangstruktur 6 ausgelegt werden. Treten im Betrieb nur
Schrägwinkel "s" über 54,7° auf, kann sich die Abstützung
auf ein Verhindern eines gegenseitigen Entfernens der Kopfstücke
3,4 beschränken. Liegt der Winkelbereich hingegen
stets unterhalb 54,7°, kann die Auslegung so getroffen werden,
daß lediglich eine Abstützung zum Verhindern einer
axialen Annäherung stattfindet. Allerdings ist es schon aus
Gründen der Stabilität des Drehantriebes 1 als solches sehr
sinnvoll, ungeachtet der im Betrieb auftretenden Schrägwinkel
eine stets in beiden Axialrichtungen wirksame Abstützung
vorzusehen, wie dies beim Ausführungsbeispiel der Fall
ist.The
Zweckmäßigerweise erfolgt eine Auslegung der Abstützeinrichtung
18 auch dahingehend, daß sie zwischen den beiden
Kopfstücken 3,4 auftretende Querkräfte und/oder Biegemomente
aufnehmen kann. Die Abstützeinrichtung 18 läßt in diesem
Falle zwischen den beiden Kopfstücken 3,4 nur einen einzigen
Bewegungsfreiheitsgrad zu, nämlich eine relative Drehbewegung
bezüglich der Längsachse 14. Der Drehantrieb 1 ist
dann problemlos universell einsetzbar und für vielfältige
in der Praxis auftretende Belastungsfälle geeignet.The support device is expediently designed
18 also in that they are between the two
Prinzipiell könnte die Abstützeinrichtung 18, insbesondere
bei kleinen Durchmessern, auch außerhalb des Schlauchkörpers
2 installiert sein. Wesentlich vorteilhafter ist jedoch
die auch beim Ausführungsbeispiel realisierte Lösung
mit im Innenraum 8 des Schlauchkörpers 2 untergebrachter
Abstützeinrichtung 18. Dies ermöglicht kompakte Außenabmessungen
und gleichzeitig einen Fluidspareffekt, da das zur
Aktivierung des Drehantriebes 1 mit Fluid zu füllende Volumen
reduziert ist.In principle, the
Beim Ausführungsbeispiel enthält die Abstützeinrichtung 18
zwei an jeweils einem der Kopfstücke 3,4 festgelegte und
vorzugsweise integral mit diesen Kopfstücken 3,4 ausgebildete
Stützelemente 22,23, die koaxial zueinander angeordnet
sind und sich jeweils axial in Richtung zum anderen Kopfstück
3,4 erstrecken. Über eine zwischengefügte Lagereinrichtung
29 stützen sich die Stützelemente 22,23 unter Gewährleistung
des Drehfreiheitsgrades aneinander ab. Die Lagereinrichtung
29 des Ausführungsbeispieles enthält eine
Wälzlagereinrichtung 30 mit einem am einen Stützelement 22
festgelegten Innenring 31 und einem am anderen Stützelement
23 festgelegten Außenring 32, wobei zwischen diesen beiden
Ringen insbesondere kugelartige Wälzelemente plaziert sind.
Die Fixierung der Ringe 31,32 erfolgt durch geeignete Befestigungsmittel
33, vorliegend in Gestalt von Schraubelementen.
Die Wälzlagereinrichtung 30 übernimmt die Funktion eines
axialen Zug- und Drucklagers und kann ferner Querkräfte
sowie Biegemomente aufnehmen. Lediglich eine Drehbewegung
zwischen den beiden Stütz-elementen 22,23 bzw. den mit diesen
verbundenen Kopfstücken 3,4 ist möglich.In the exemplary embodiment, the
Die Stützelemente 22,23 können auch zur Stabilisierung des
Schlauchkörpers 2 bei deaktiviertem Drehantrieb 1 beitragen.
Beim Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der
Schlauchkörper 2 im drucklosen Zustand seines Innenraumes 8
koaxial an den Außenflächen der Stützelemente 22,23 anliegt.
Geeignete Kanalverbindungen 34 in den Kopfstücken
3,4 gewährleisten trotz allem den gewünschten Fluidzugang
zur Innenfläche des Schlauchkörpers 2.The
Der Drehantrieb 1 sollte möglichst so ausgelegt werden, daß
die Durchmesserdifferenz des Schlauchkörpers 2 im Betrieb
nicht mehr als 100 % beträgt. Andererseits läßt sich eine
über das schon vorhandene hohe Winkelmaß hinausgehende Vergrößerung
der realisierbaren Drehwinkel nur durch eine
axiale Verlängerung des Schlauchkörpers 2 und der
Kraftübertragungsmttel 25 erzielen. Um diese Bedingungen
miteinander zu vereinbaren, können daher dem Schlauchkörper
2 Mittel zugeordnet sein, die sein radiales Aufweiten bei
Druckbeaufschlagung lokal beeinflussen und insbesondere
verhindern. Diese Mittel seien vorliegend als Begrenzungsmittel
bezeichnet, sie sind in Figur 1 strichpunktiert bei
35 in einer möglichen Realisierungsform angedeutet.The rotary drive 1 should if possible be designed so that
the difference in diameter of the
Diese Realisierungsform sieht vor, daß es sich bei den Begrenzungsmitteln
35 um ein oder mehrere ring- oder gurtartige
Elemente handelt, die koaxial zum Schlauchkörper 2 angeordnet
sind. Sind mehrere Elemente vorhanden, erfolgt eine
axial beabstandete Verteilung über die Länge des
Schlauchkörpers 2 hinweg. Bei einer Druckbeaufschlagung des
Schlauchkörpers 2 sind somit nur die zwischen benachbarten
Begrenzungsmitteln 35 liegenden Wandbereiche des Schlauchkörpers
2 zu einer radialen Ausdehnung in der Lage. Auf
diese Weise verfügt der Schlauchkörper 2 im aktivierten Zustand
über eine mehrfach ausgebauchte Außenkontur, wobei
jedoch die Durchmesservergrößerung im Vergleich zum deaktivierten
Zustand wesentlich geringer ist als bei einer
Bauform ohne Mittel zur Aufweitungsbegrenzung.This form of implementation provides that the limitation means
35 around one or more ring-like or belt-like
Elements are arranged coaxially to the
Bei einer nicht dargestellten Alternativ-Bauform können die
Begrenzungsmittel mindesten einen sich koaxial zum
Schlauchkörper 2 erstreckenden schraubenwendelförmig gestalteten
Wendelkörper enthalten. Dieser Wendelkörper könnte
die Gestalt einer Schraubenfeder haben, die koaxial zum
Schlauchkörper 2 angeordnet ist.In an alternative construction, not shown, the
Limiting means at least one coaxial to the
Gleichsinnig zur Strangstruktur (aber mit deutlich größerer Steigung bzw. deutlich geringerem Schrägverlauf) gewundene Begrenzungsmittel 35 bewirken eine lokal reduzierte Aufweitung des Innenraumes, gegensinnig zur Strangstruktur (ebenfalls mit deutlich größerer Steigung bzw. deutlich geringerem Schrägverlauf) gewundene Begrenzungsmittel 35 bewirken eine lokale Einschnürung des Innenraumes.In the same direction as the strand structure (but with a much larger one Incline or significantly less oblique course) Limiting means 35 bring about a locally reduced expansion of the interior, opposite to the strand structure (also with a significantly larger incline or significantly less Oblique course) cause tortuous limiting means 35 a local constriction of the interior.
Bei allen Ausführungsformen können die Begrenzungsmittel
wie im Ausführungsbeispiel an der radialen Außenfläche des
Schlauchkörpers 2 plaziert sein. Eine vorteilhaftere
Bauform sieht jedoch eine zumindest teilweise und vorzugsweise
vollständige Integration der Begrenzungsmittel 35 in
die Wandung des Schlauchkörpers 2 vor. Es wäre auch denkbar,
die Begrenzungsmittel 35 in die Kraftübertragungsmittel
25 zu integrieren und bei einer Ausgestaltung als
Strangstruktur 6 eine geeignete Verknüpfung der Begrenzungsmittel
35 mit den einzelnen Zugsträngen 7 vorzusehen.
Speziell in diesem Falle bietet es sich an, die Begrenzungsmittel
35 ebenfalls in Form biegeflexibler und beispielsweise
fadenähnlicher Strangelemente auszuführen, wobei
wie im Falle der Stangstruktur 6 ein textiler Aufbau
denkbar wäre. Gleichwohl können die Begrenzungsmittel 35
auch aus einem insgesamt starren Material bestehen, beispielsweise
aus entsprechend hartem Kunststoff oder aus Metall.In all embodiments, the limiting means
as in the embodiment on the radial outer surface of the
Um einen bestimmten maximalen Drehwinkel vorzugeben, können
im Innenraum 8 des Schlauchkörpers 2 oder radial außerhalb
des Schlauchkörpers 2 Mittel vorgesehen sein (nicht dargestellt),
die die radiale Verformung des Schlauchkörpers 2
begrenzen. Die Mittel übernehmen vorzugsweise eine Anschlagfunktion
und könnten daher auch als Anschlagmittel
bezeichnet werden.To specify a certain maximum angle of rotation, you can
in the
Denkbar wären Anschlagmittel zur Drehwinkelbegrenzung durch
Begrenzung der Durchmesseraufweitung des Schlauchkörpers 6.
Sind gegenläufig zur Strangstruktur 6 gewundene Begrenzungsmittel
35 vorhanden, kann die Anschlagfunktion durch
gegenüber dem Innendurchmesser des Schlauchkörpers 2 reduziertem
Außendurchmesser der Stützelemente 22,23 realisiert
werden. Auch könnten, insbesondere bei kleinen Schlauchkörperdurchmessern,
außerhalb des Schlauchkörpers 2 plazierte
Anschlagmittel zur direkten Begrenzung der Durchmesseraufweitung
herangezogen werden. In allen Fällen können die Anschlagmittel
von einer entsprechend ausgestalteten Abstützeinrichtung
18 gebildet sein.Slings for limiting the angle of rotation would be conceivable
Limitation of the diameter expansion of the hose body 6.
6 winding limiting means are opposed to the
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