EP2007620B1 - Gerät zur kraftabgabe - Google Patents

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EP2007620B1
EP2007620B1 EP07723444A EP07723444A EP2007620B1 EP 2007620 B1 EP2007620 B1 EP 2007620B1 EP 07723444 A EP07723444 A EP 07723444A EP 07723444 A EP07723444 A EP 07723444A EP 2007620 B1 EP2007620 B1 EP 2007620B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
actuator
actuators
force
output structure
main axis
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP07723444A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2007620A1 (de
Inventor
Markus Fischer
Elias Maria Knubben
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Festo SE and Co KG
Original Assignee
Festo SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Festo SE and Co KG filed Critical Festo SE and Co KG
Publication of EP2007620A1 publication Critical patent/EP2007620A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2007620B1 publication Critical patent/EP2007620B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/30—Propulsive elements directly acting on water of non-rotary type
    • B63H1/36—Propulsive elements directly acting on water of non-rotary type swinging sideways, e.g. fishtail type

Definitions

  • the invention relates to a device for power delivery, in particular for holding parts or for locomotion, with at least one drive unit comprising at least one force output structure having at least one spring-elastic manner according to the type of a leaf spring, after removal of a bending bending bending force in the basic position returning longitudinal element and the at least one actuatable with electrical energy and / or fluid force, for applying tensile and / or compressive forces suitable actuator which acts on the power output structure such that when activated, the power output structure is deflected by elastically bending the at least one longitudinal element sideways.
  • a device equipped with means for its locomotion goes out of the US 6,138,604 out. It is designed there as an underwater swimming device and the anatomy of a fish modeled. Its hull functions as a drive unit and includes a plurality of actuators capable of pivoting a lever assembly that is quasi the backbone of the apparatus. In this pivoting movement, a ribbed structure is moved, which is enveloped by a flexible skin, which can deliver a propulsive driving force on the surrounding water.
  • Known device for power output is designed as a toggle clamping device and allows for holding parts, for example, to be joined together workpieces. It has a arranged on a pivotable clamping arm rigid loading surface with which a festzuhaltendes part can be tightened in a specific position.
  • the DE 198 52 944 C1 describes an adaptive flow body, for example an aircraft wing, in which two sub-profiles, separated by a slot, are arranged side by side. Each partial profile contains an inner skin connected by structural elements with an outer skin, on which an actuator acts in order to produce a curvature.
  • two outer skin sections of a flow body are connected by webs.
  • An actuator arranged in a recess is able to displace the outer skin sections relative to one another in order to cause a curvature.
  • One from the DE 43 34 496 A1 known flow body includes two lateral profile surfaces that can be moved by gears or the like relative to each other to cause a buckle.
  • the profile surfaces are not connected by struts.
  • the drive unit of the cited from the beginning US 6,138,604 known device has a relatively complex structure and requires a very large number of actuators. Due to the lability of the rib structure, the power delivery to the environment is also not optimal. In the also serving for power device of the mentioned DE 299 03 281 U1 In particular, there is the problem that the loading surface may damage a part to be retained if the dosage of power is improperly metered.
  • WO 97/45317 A is a device for power output of the type mentioned above, which can move in a medium, for example, under water.
  • it has a flexible backbone, are fixed to the transversely projecting bulkheads, between which extend actuators. By actuating the actuators, the bulkhead walls can be pivoted, the backbone yielding resiliently.
  • the aforementioned components are covered by a skin, for example made of latex.
  • FR-A1-2 840 584 is a suitable for locomotion in liquid medium locomotion device is known, which has two pivotally mounted to each other body parts which are driven by a drive motor for pivotal movement relative to each other.
  • the drive unit works very effectively with a simple structure.
  • two of the longitudinal elements are formed as mutually approaching starting from a foot region in the direction of a main axis to a head portion side by side, resiliently bendable side cheeks, which articulated on them, spaced in the direction of the main axis and transversely To this main axis extending rigid coupling struts are interconnected.
  • a single actuator is sufficient in such a constructed drive unit to cause a sideways deflection of the entire power output structure. If an active deflection is to be made possible in two opposing directions, two actuators which can be activated alternatively or even a single actuator, which is optionally pushing or pulling on the power output structure, suffice can act. Regardless of the selected force application point caused by the at least one actuator causes an active lengthening or shortening of the diagonal between the individual, preferably trapezoidal fields of the power output structure, wherein caused by the mediation of the coupling struts interaction irrespective of the placement of the force introduction point, the two side cheeks a bulge in essentially in the same direction.
  • an external power output may be caused for a variety of purposes.
  • the device may be designed as a locomotion device and in this case in particular as a floating device, wherein the deflection movement of the power output structure by cooperation with the surrounding water causes propulsion.
  • Another possible application is that of an embodiment as a holding device for actively holding parts, for example in the fields of manufacturing and assembly. A use as switchman in the field of materials handling is conceivable. These applications are not meant to be exhaustive.
  • the at least one actuator is expediently arranged such that the force introduction direction in which it introduces its tensile and / or pressure forces into the force output structure extends obliquely to the main axis of the force output structure.
  • a device with particularly compact dimensions results when the at least one actuator is arranged between the two side cheeks. It can be placed in particular so that its attachment points are on opposite sides of the main axis.
  • the at least one actuator can only act on the power output structure.
  • his usually two existing attachment points simultaneously form the force introduction points at which the actuating forces are introduced into the power output structure.
  • the actuator can attack at one end on one side cheek and on the other side cheek at the other, or also on other components located on either side of and beyond the main axis of the power output structure.
  • the actuator may in particular also act on at least one coupling strut.
  • An actuator having two attachment points can also be arranged so that it is connected to the power delivery structure at only one attachment point, while its other attachment point is located on a support which carries the entire drive unit and does not take part in the movements of the drive unit.
  • An advantageous force introduction point for the at least one actuator is the area of one of the articulation points present between the side wall and the coupling struts.
  • the actuator may, for example, simultaneously attack in the region of two such joints, which are assigned to different side cheeks.
  • Different movement behavior of the power delivery structure can be achieved by the side cheeks are mounted in the foot either articulated or rigidly on a rigid support in turn. If the power output structure is articulated to the carrier, the activation of the at least one actuator results in a simple bend. By contrast, in the case of a rigid connection, the force output structure is deflected approximately S-like.
  • both actuated by electrical energy and fluid power actuators are actuated by electrical energy and fluid power actuators.
  • fluid actuated actuators in particular pneumatic actuators are used.
  • these are each linear actuators.
  • a so-called contraction actuator which has a contraction tube extending between two respective force-transmitting head pieces has, which expands radially when pressurizing its interior, with simultaneous axial contraction.
  • a contraction actuator describes the WO 00/61952 A1 .
  • Such contraction actuators are characterized by the fact that they can exert high tensile forces despite small dimensions.
  • they are bendable, so that they can not be replaced in the unpressurized state of the change in shape of the power output structure and can be deflected by this without representing an obstacle. This proves to be particularly advantageous if the actuator is arranged in the intermediate space between the side cheeks and very strong deflections occur during operation, which have the consequence that the side cheeks can act with a transverse force on the actuators.
  • the side cheeks have expediently a strip-like shape. They can be designed in the manner of leaf springs. Expediently, its strip width decreases starting from the foot region towards the head region of the power delivery structure.
  • the side cheeks may for example consist of spring steel. Equally advantageous and, moreover, even weight-saving is a realization of a suitable plastic material, which may also be fiber-reinforced plastic material to obtain a particularly high load-bearing capacity.
  • the power output structure is shielded by a flexible sleeve enclosing it.
  • This casing is expediently mounted on a support structure which also serves for the shaping, which is attached to the power output structure or at least partially of the power output structure can be self-educated.
  • the support structure is composed of a plurality of ring elements successive in the direction of the main axis, between each of which at least one coupling strut can extend.
  • the power delivery structure is expediently provided with at least one loading surface, which can exert a holding force on a part to be retained with a corresponding deflection of the power output structure.
  • the loading surface is located on one of the side cheeks. Since the side cheeks occupy an arcuate shape upon actuation of the at least one actuator, they can optimally cling to even sensitive parts and thus allow gentle holding of parts.
  • a further advantageous design provides for an embodiment of the device as a floating device, in which the deflection movement of the force output structure caused by the at least one actuator is responsible for the propulsion in the water.
  • the swimming device is expediently designed for radio-controlled operation.
  • it is an underwater swimming device.
  • This may in particular have a design that is modeled on the anatomy of a fish, wherein the drive unit may be responsible for the generation of the fin beat of the caudal fin.
  • the drive unit preferably forms the rear end portion of the equipment body with its head portion facing back and supporting the caudal fin.
  • the caudal fin With a reciprocating deflection movement of the drive unit, therefore, the caudal fin becomes a wagging one Movement driven, which, among other things, a propulsion for the device results.
  • the caudal fin may in turn be constructed on the basis of at least one force delivery structure, as it also has the drive unit. However, no additional actuators are needed here. Rather, the power delivery structure acts in this case as a passive structure, comparable to that of EP 1 316 651 A2 known, serving to absorb forces component. Due to the reaction forces exerted by the water, the fin movement of the caudal fin caused by the drive unit leads to a bulging of the caudal fin with the consequence of an optimal force transmission.
  • the drive unit in its foot region is expediently arranged in total pivoting on a head of the device with comprehensive front part of the device.
  • the drive unit in its foot region is expediently arranged in total pivoting on a head of the device with comprehensive front part of the device.
  • the at least one steering actuator is expediently a contraction actuator of the design already described above.
  • the device expediently contains at least one buoyancy chamber, which are associated with suitable means to fill them either in different proportions with air and / or water.
  • the control means necessary for the operation of the device are expediently located in the device head.
  • the receiving unit of a radio remote control device can in particular be located, which allows remote operation of the device and all its functions.
  • the device compressed air
  • it is expediently equipped with at least one compressed air storage, which allows a self-sufficient operation of the device over a longer period of time.
  • power output device 1 is designed in the embodiment as a locomotion device, which itself, due to an integrated drive unit 2, can move.
  • the FIGS. 10 to 12 illustrate the drive unit 2 in a separate schematic representation in different operating phases.
  • the power output apparatus 1 of the embodiment is a swimming apparatus, more specifically, an underwater swimming apparatus. It allows movement in the submerged state. In principle, it could, with sufficient size, with a cab be equipped to accommodate operators. In this specific case, it is an unmanned underwater swimming device, which can be operated remotely via radio. A radio receiver is in FIG. 7 at 3 can be seen.
  • a peculiarity of the pictured underwater swimming device is that its Monsimofte design of the anatomy of a fish is modeled, with the integrated drive unit 2 and the typical, reciprocating tail fin beat can be imitated.
  • the latter is in FIG. 3 indicated at 4 by a double arrow.
  • the caudal fin bears the reference numeral 5.
  • the force delivery device has longitudinal extent with a longitudinal axis 6.
  • the tail fin beat 4 takes place in a horizontal direction transverse to the longitudinal axis 6.
  • the floating device could also be designed to generate a vertical tail fin beat.
  • the power output device 1 has a forward device head 7 in the direction of movement, the tail fin 5 arranged on the rear side and a device body 8 extending therebetween.
  • the drive unit 2 forms the rear end section of the device body 8 and is thus a link between the device head 7 and the tail fin 5.
  • the drive unit 2 has a longitudinal extent with a longitudinal axis designated below as the main axis 12. Starting from its end region facing the device head 7 - referred to as foot region 13 - it has a shape that tapers towards the opposite side of the head fin facing the tail fin 5.
  • a core component of the drive unit 2 is a composite structure, referred to as a force output structure 15, of a plurality of elements coupled together in a special way. Beneath these elements are two side cheeks 16, 17 arranged at a distance alongside one another and having a longitudinal extension, which extend from the foot region 13 to the head region 14, approaching each other in the direction of the head region 14, in particular uniformly.
  • the side walls 16, 17 arranged symmetrically on both sides of and beyond the main axis 12, which coincides with the longitudinal axis 6.
  • the two side cheeks 16, 17 extend in a common plane of extent 18, which in the horizontal normal position of the power output device 1 is exemplarily a horizontal plane.
  • the tail fin beat 4 takes place in this extension plane 18.
  • the two side cheeks 16, 17 are fastened to a rigid support 22.
  • a rigid connection or - according to FIG. 11 -
  • the two side cheeks 16, 17 are brought together in a mounting interface 24. There, via a suitable counterpart 25, the tail fin 5 is mounted.
  • the two side walls 16, 17 are elastically bendable in the plane of extension 18, comparable to a leaf spring.
  • FIGS. 11 and 12 give an impression of the resilience of the two side walls 16, 17. They can easily be bent so that they are bulged in the extension plane. After removing the corresponding deformation force they return to the FIGS. 6 and 10 apparent basic position back, in which they exemplarily - viewed in the normal direction of the extension plane 18 - to run towards the head portion 14 toward each other V-shaped.
  • the two side cheeks 16, 17 are interconnected in the direction of the main axis 12 mutually spaced rigid coupling struts 26.
  • the connection points are designed as hinge points 27, in particular with hinge axes 28 perpendicular to the extension plane 18.
  • the coupling struts 26 extend transversely to the main axis 12 and in particular parallel to the plane of extent 18.
  • the side cheeks 16, 17 and coupling struts 26 may be integrally connected to each other.
  • the hinge points 27 are designed in this case as solid-state joints or so-called film hinges. However, especially if, as in the embodiment, relatively high forces are to be generated, a separate embodiment of these components can be recommended, which are then hinged together by suitable hinge means.
  • the coupling struts 26 are in particular arranged so that they are in the FIGS. 6 and 10 resulting basic position perpendicular to the main axis 12 run. They form thereby, together with those between each adjacent one Hinges 27 extending lengths of the side walls 16, 17, a plurality of successive trapezoidal panels 32nd
  • the coupling struts 26 may be advantageous to arrange the coupling struts 26 in pairs on one or more points lying at the same height with respect to the main axis 12.
  • this can be imagined as a frame-like structure, wherein the two side cheeks 16, 17 engage on two opposite frame legs and the two other frame legs each form a coupling brace 26.
  • the coupling struts 26 of a respective pair of struts are expediently opposite each other in the normal direction of the extension plane 18 at a distance.
  • the power output structure 15 designed in this way is combined with at least one actuator 33 which can be actuated by electrical energy and / or with fluid force and, depending on the embodiment, is capable of introducing tensile and / or pressure forces into the power output structure 15.
  • actuator 33 which can be actuated by electrical energy and / or with fluid force and, depending on the embodiment, is capable of introducing tensile and / or pressure forces into the power output structure 15.
  • the drive unit 2 comprises a total of two actuators 33a, 33b, which are Switzerlandaktuatoren and at the axially opposite end portions of a tensile force can be tapped.
  • these two actuators 33a, 33b are expediently arranged in the interior of the power output structure 15 and in particular extend between the two side walls.
  • the two actuators 33a, 33b are arranged at right angles to the extension plane 18 offset from one another and cross over yourself. Their two end Kraftabgriffs Suitee lie on both sides of the main axis and 12. Overall, this results in a pertinent configuration that the actuators 33a, 33b engage obliquely to the main axis 12 extending force introduction direction of the power output structure 15.
  • the two actuators 33a, 33b engage exclusively on the power output structure 15.
  • the corresponding points of attack are hereinafter referred to as force introduction points 34a, 35a; 34b, 35b.
  • the two force introduction points 34a, 35a; 34 b, 35 b of a respective actuator 33 a, 33 b are spaced apart in the direction of the main axis 12.
  • Each actuator 33a, 33b engages at one end at one and the other on the other side cheek 16, 17, or alternatively at one of the hinge points 27 or that portion of a coupling strut 26 which lies on the corresponding side of the main axis 12.
  • intersection 31 of the two actuators 33a, 33b is expediently located in a plane perpendicular to the plane of extent 18 and containing the main axis 12.
  • the actuators 33a, 33b could also attack only one end of the power output structure 15, wherein they would then be attached to the other end of the carrier 22 in particular.
  • the two actuators 33a, 33b can be activated alternately by control means 36 preferably accommodated in the device head 7 and deactivatable. During activation of the respective one actuator 33a, 33b, the other actuator 33b, 33a is expediently deactivated.
  • FIGS. 11 and 12 each show an operating state in which the one, first actuator 33a is activated and the other, second actuator 33b is deactivated.
  • the activated actuator 33a has the two applied by him force application points 34a, 35a pulled each other. This leads to a curvature of those side cheek 17 at which the force introduction point 35a, which is closer to the head area 14, is located. Due to the articulated, transverse coupling struts 26, the curvature of this one side wall 17 also has an immediate effect on the other side wall 16, which consequently also bulges out with the same direction of curvature.
  • the overall effect here is that the diagonals between the individual trapezoidal fields 32 are shortened, which leads to a displacement of the individual structural sections and ultimately according to FIG FIGS. 11 or 12 As a result, the entire force output structure 15 is deflected sideways in one or the other direction in the plane of extension 18 while elastically bending the side cheeks 16, 17.
  • the caudal fin 5 which is a planar structure with a plane of extension which extends perpendicular to the plane of extent 18, performs a drive movement comparable to the natural fin beat of a fish.
  • the kinematics occurring in this case can be effectively supported by a particularly advantageous construction of the tail fin 5, as it is realized in the embodiment.
  • the tail fin 5 expediently contains two force delivery structures 44 which are spaced apart in the direction of the vertical axis 43 perpendicular to the plane of extent 18 of the power output device 1 and whose conceptual structure corresponds to that of the force output structure 15 of the drive unit 2.
  • Their foot regions 45 are located at the root region 42 and they diverge from there to their head regions 46, the intermediate region being spanned by a single or multi-layered fin skin 47.
  • FIG. 13 is one of the two power output structures 44 shown by way of example in its basic position, the in FIG. 10 illustrated basic position of the power output structure 15 of the drive unit 2 corresponds.
  • the foot region 45 of the power delivery structure 44 is either hinged to the mounting interface 24 acting as a support ( FIG. 14 ) or rigid ( FIG. 15 ), from which the adjusting itself in the oscillating movement 37, from FIGS. 14 and 15 apparent shape changes result. Due to the opposing force 48, the force output structure 44 books in each case on the side toward which the mounting interface 24 or the root region 42 is pivoted.
  • the force delivery structures 44 are coated with a skin envelope 52, so that even there, and not only in the area of the fin skin 47, a force-like interaction with the surrounding water is possible.
  • the entire tail fin 5 can also be designed in the form of a covered force output structure 44.
  • the force output structure 44 then also extends over the region, which is bridged by the fin skin 47 in the exemplary embodiment.
  • a waterproof shell 53 which favors the power delivery to the surrounding water, also encloses the drive unit.
  • the sheath 53 is flexible and preferably designed to be comparatively thin, similar to a skin or foil, so that it does not have the deflection movements and curvature of the force output structure 15 can join.
  • the sheath 53 is formed like a tube, with a cross section along its length according to the design of the drive unit 2 changing cross section, their assembly is possible in that it is mounted on not yet installed caudal fin 5 on the mounting interface 24 on the drive unit 2 ,
  • the force output structure 44 may be provided with a support structure 54 and / or at least partially directly formed by the force output structure 15 itself.
  • the support structure 54 includes a plurality of spaced in the direction of the main axis 12, preferably arcuate Abstützbügeln 55, which are fixed on both sides of the plane of extension 18 at the level of the coupling struts 26 on the power output structure 15. In this way, results in accordance FIG. 4 a multiple arrangement of in the direction of the main axis 12 at a distance successive ring structures, to which the flexible sheath 53 according to FIG. 7 is raised.
  • the aforementioned pivotal mounting of the drive unit 2 with respect to the device front part 38 is realized via a pivot bearing of the carrier 22.
  • the carrier 22 is rotatably mounted on the device front part 38 about a right angle to the main axis 12 and suitably rectified with the device vertical axis 43 axis of rotation 56.
  • the axis of rotation 56 defining Drehachsstoff 57 are, for example FIGS. 4 and 7 seen.
  • the pivoting between the drive unit 2 and device front part 38 allows virtually bending the entire power output device 1 for the purpose of his steering.
  • the two here auscultable steering rash movements 58 of the drive unit 2 are in FIG. 8 indicated by arrows.
  • the torque for the generation of the steering deflection movements 58 provide two for better distinction as steering actuators 62 designated actuators, which are preferably formed as the actuators 33 of the drive unit 2 as linear actuators.
  • the steering actuators 62 are pure Switzerlandaktuatoren.
  • One of the steering actuators 62 engages on one side of the axis of rotation 56 on the carrier 22, while the other steering actuator 62 engages with its one end beyond the axis of rotation 56 on the carrier 22.
  • the two steering actuators 62 protrude in the direction of the device head 7 to the front, where they are fixed at other points of attack 64, with their other end portions. If a tensile force is generated by the activation of a steering actuator 62, the carrier 22 correspondingly rotates about the axis of rotation 56 and the output unit 2 carries out the associated steering deflection movement.
  • actuators 33 of the drive unit 2 and the steering actuators 62 - hereinafter simply simplified as actuators 33, 62 together - are preferably designed as fluid actuators. They can be operated with any fluid, be it gaseous or hydraulic Nature. In the embodiment, compressed air is used as drive fluid.
  • the actuators 33, 62 could be designed in the shape of conventional pneumatic cylinders. However, the design realized in the exemplary embodiment is considered to be particularly advantageous as contraction actuators 65. An expedient design for this comes from the WO 00/61952 A1 and the content of which is hereby expressly incorporated.
  • Each contraction actuator 65 has an in FIG. 9 in an enlarged section shown contraction tube 66, which consists of a rubber elastic hose body 67 and a coaxial to the hose body 67 strand structure 68.
  • the strand structure 68 comprises a plurality of bend flexible but at the same time highly tensile cords which are arranged in a cross-over configuration either around the tube body 67 or, preferably, embedded therein.
  • the contraction tube 66 extends between two headers 72 serving the force tap. Via these headers 72, it is anchored to the force introduction points 34, 35 or the points of application 63, 64.
  • the interior 73 of the contraction tube 66 communicates with a fluid line not shown in connection, over which a pressurization or pressure relief is possible.
  • the contraction actuator 65 assumes the extended position shown in the drawing. If its interior 73 is subjected to atmospheric pressure, it expands radially, which due to the strand structure 68 has a simultaneous axial contraction result, with the effect that the two head pieces 72 and thus the at this fastened components of the power output device 1 are drawn to each other.
  • this contraction actuator 65 is its extremely high traction, especially at the beginning of the contraction movement. Besides, he is flexible, so he is in the disabled state - like this FIGS. 11 and 12 is apparent - can be easily deflected when it is acted upon by the force output structure 15 with a transverse force. As a result, the deactivated contraction actuator 65 does not hinder the deflection movement of the power output structure 15.
  • control means 36 enable the controlled operation of the actuators 33, 62 to ensure the desired operation.
  • the control means 36 preferably includes a control electronics 74 cooperating with the radio receiver 3 and control valves 75 which are electrically controllable by this control electronics 74.
  • the necessary compressed air is supplied in the interior of the power output device 1 accommodated compressed air reservoir 76, which belongs in particular to the device front part 38. It is expediently a pressure-resistant container. In the embodiment, a perennial crystalllmenge of 1.5 liters of air is provided, which is compressed to 300 bar.
  • the compressed air reservoir 76 may be fastened to the device head 7 via fastening means 77, for example a clamping collar enclosing it. It is also preferably the link to the drive unit 2. As an example, the compressed air reservoir 76 is enclosed by a clamping ring 78 which is coaxial with the longitudinal axis 6 and on which the carrier 22 is mounted with the intermediary of the rotary axis means 57.
  • a taring chamber 82 is expediently also accommodated. Its function is similar to that of the swim bladder of a fish. It can be filled in a selected ratio with air and water in order to balance the power output device 1 in stable horizontal swimming position and in the desired depth.
  • a feed and suction grub 84 runs inside the tare chamber 82 in such a way that its mouth lies in the region of the taring chamber 82 which is near the ceiling.
  • compressed air can be fed into the taring chamber 82 via the feed and suction probes 84, so that the water therein is displaced beyond the water passage openings 83 to the environment.
  • an ejector device 85 operating according to the principle of a jet pump is connected to the feed and suction probes 84. If it is activated, the air in the tare chamber 82 is sucked off, with the result that water can flow from the outside over the water passage openings 83 into the tare chamber 82.
  • the desired ratio between the amount of water and air in the tare chamber 82 can be adjusted as needed.
  • the required compressed air for the operation of the taring chamber 82 in turn comes from the compressed air reservoir 76th
  • At least one preferably also accommodated in the device head 7 battery 86 or a comparable electrical energy source provides the electrical energy for the onboard electrical components, in particular for the control electronics 74 and the electrically actuated control valves 75th
  • An on-board pressure regulator 87 or pressure reducer reduces the existing air pressure in the accumulator 76 to a tolerable for the pneumatic components working pressure, for example, in the order of 8 bar.
  • a pressure sensor 88 detects the ambient pressure in the water. On the basis of the values determined by it, the control electronics 74 can set the desired diving depth by appropriate filling of the taring chamber 82.
  • the device head 7 is expediently constructed in several parts. He can according to FIGS. 4 and 5 a main body 93 containing the control means 36, to which the drive unit 2 is also attached. An upper part 94 which can be placed on this main body 93 expediently forms the tare chamber 82. A hood 95 is placed on the upper part 94 and can serve at the same time to clamp the cover 53 between itself and the upper part 94 at the front end region. The rear end region of the sheath 53 is expediently fastened to the mounting interface 24 or to the associated counterpart 25 of the tail fin 5.
  • the statements relating to the drive unit 2 also apply to other embodiments of the power output device 1.
  • a design as a holding device may be mentioned at this point, in which case the power output structure 15 of the drive unit 2, as shown in FIGS 10 to 12 indicated, at least form a loading surface 89 or may have, which is assigned to one of the two side walls 17 expediently.
  • the force 90 emitted by the force output structure 15 when activating an actuator 33 does not serve to generate a driving force, unlike the embodiment as a locomotion device, but rather to generate a holding force with which the urging surface 89 can be prestressed against an object to be retained.

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Abstract

Es handelt sich um ein Gerät zur Kraftabgabe, insbesondere zum Festhalten von Teilen oder zur Fortbewegung, mit mindestens einer Antriebseinheit (2), die mindestens einen mit elektrischer Energie und/oder mit Fluidkraft betätigbaren, zur Ausübung von Zug- und/oder Druckkräften geeigneten Aktuator (33) enthält. Die eine Antriebseinheit (2) umfasst eine Kraftabgabestruktur (15), die zwei sich unter gegenseitiger Annäherung ausgehend von einem Fußbereich (13) in Richtung einer Hauptachse (12) zu einem Kopfbereich (14) hin nebeneinander erstreckende, federelastisch biegbare Seitenwangen (16, 17) aufweist, die über an ihnen angelenkte, in Richtung der Hauptachse (12) beabstandete und quer zu dieser Hauptachse (12) verlaufende Koppelstreben (26) miteinander verbunden sind. Der Aktuator (33) greift derart an der Kraftabgabestruktur (15) an, dass bei seiner Aktivierung die Kraftabgabestruktur (15) unter elastischem Verbiegen der Seitenwangen (16, 17) seitwärts ausgelenkt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Kraftabgabe, insbesondere zum Festhalten von Teilen oder zur Fortbewegung, mit mindestens einer Antriebseinheit, die mindestens eine Kraftabgabestruktur umfasst, die mindestens ein nach Art einer Blattfeder federelastisch biegbares, nach Wegnahme einer es abbiegenden Verformungskraft in die Grundstellung zurückkehrendes Längselement aufweist und die mindestens einen mit elektrischer Energie und/oder Fluidkraft betätigbaren, zur Ausübung von Zug- und/oder Druckkräften geeigneten Aktuator enthält, der derart an der Kraftabgabestruktur angreift, dass bei seiner Aktivierung die Kraftabgabestruktur unter elastischem Verbiegen des mindestens einen Längselementes seitwärts ausgelenkt wird.
  • Ein mit Mitteln zu seiner Fortbewegung ausgestattetes Gerät geht aus der US 6 138 604 hervor. Es ist dort als Unterwasser-Schwimmgerät ausgebildet und der Anatomie eines Fisches nachempfunden. Sein Rumpf fungiert als Antriebseinheit und beinhaltet eine Mehrzahl von Aktuatoren, die in der Lage sind, eine quasi das Rückgrat des Gerätes bildende Hebelanordnung hin und her zu schwenken. Bei dieser Schwenkbewegung wird eine gerippte Struktur mitbewegt, die von einer flexiblen Haut umhüllt ist, welche auf das umgebende Wasser eine den Vortrieb hervorrufende Antriebskraft abgeben kann.
  • Ein anderes, ähnliches Gerät geht aus der WO 97/45317 hervor, der als nächstliegender Stand der Technik angesehen wird.
  • Aus der EP 1 316 651 A2 ist ein mit einer flexiblen Außenhaut ausgestattetes, zur Aufnahme von Kräften vorgesehenes Bauteil bekannt. An zwei sich gegenüberliegenden Außenwangen sind zueinander beabstandete, quer verlaufende Koppelstreben angelenkt. Wird eine der Außenwangen von außen her mit einer Druckkraft beaufschlagt, biegt sie sich durch, wobei unter Vermittlung der Koppelstreben auch die gegenüberliegenden Außenwange entsprechend verformt wird.
  • Ein aus der DE 299 03 281 U1 bekanntes Gerät zur Kraftabgabe ist als Kniehebel-Spannvorrichtung ausgebildet und ermöglicht ein Festhalten von Teilen, beispielsweise von miteinander zu verbindenden Werkstücken. Es besitzt eine an einem schwenkbeweglichen Spannarm angeordnete starre Beaufschlagungsfläche, mit der ein festzuhaltendes Teil in einer bestimmten Position festgespannt werden kann.
  • Die DE 198 52 944 C1 beschreibt einen adaptiven Strömungskörper, zum Beispiel ein Flugzeugtragflügel, bei dem zwei Teilprofile, durch einen Schlitz getrennt, nebeneinander angeordnet sind. Jedes Teilprofil enthält eine durch Strukturelemente mit einer Außenhaut verbundene Innenhaut, an der ein Aktuator angreift, um eine Wölbung hervorzurufen.
  • Gemäß DE 198 25 224 C2 sind zwei Außenhautabschnitte eines Strömungskörpers durch Stege verbunden. Ein in einer Ausnehmung angeordneter Aktuator vermag die Außenhautabschnitte relativ zueinander zu verschieben, um eine Wölbung hervorzurufen.
  • Bei einem in der DE 102 37 918 A1 beschriebenen Profilkörper sind mehrere Segmente gelenkig miteinander verbunden und können durch ein Drahtseil verschwenkt werden.
  • Ein aus der DE 43 34 496 A1 bekannter Strömungskörper enthält zwei seitliche Profilflächen, die durch Zahnräder oder Ähnliches relativ zueinander verschoben werden können, um eine Wölbung zu verursachen. Die Profilflächen sind nicht durch Streben verbunden.
  • Die Antriebseinheit des aus der eingangs zitierten US 6 138 604 bekannten Gerätes verfügt über einen relativ komplexen Aufbau und erfordert eine sehr große Anzahl von Aktuatoren. Aufgrund der Labilität der Rippenstruktur ist zudem die Kraftabgabe an die Umgebung nicht optimal. Bei dem ebenfalls zur Kraftabgabe dienenden Gerät der genannten DE 299 03 281 U1 besteht insbesondere das Problem, dass die Beaufschlagungsfläche bei unpassender Dosierung der Kraftabgabe ein festzuhaltendes Teil beschädigen kann.
  • Aus der WO 97/45317 A ist ein Gerät zur Kraftabgabe der eingangs genannten Art bekannt, das sich in einem Medium, beispielsweise unter Wasser, fortbewegen kann. Bei einem seiner möglichen Ausführungsbeispiele verfügt es über ein flexibles Rückgrat, an dem quer abstehende Schottwände befestigt sind, zwischen denen sich Aktuatoren erstrecken. Durch Betätigung der Aktuatoren können die Schottwände verschwenkt werden, wobei das Rückgrat federelastisch nachgibt. Die vorgenannten Komponenten sind von einer beispielsweise aus Latex bestehenden Haut überzogen.
  • Aus der FR-A1-2 840 584 ist ein zur Fortbewegung in flüssigem Medium geeignetes Fortbewegungsgerät bekannt, das zwei schwenkbar aneinander gelagerte Körperteile besitzt, die durch einen Antriebsmotor zu einer Schwenkbewegung relativ zueinander antreibbar sind.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zur Kraftabgabe der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Antriebseinheit bei einfachem Aufbau sehr effektiv arbeitet.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass zwei der Längselemente als sich unter gegenseitiger Annäherung ausgehend von einem Fußbereich in Richtung einer Hauptachse zu einem Kopfbereich hin nebeneinander erstreckende, federelastisch biegbare Seitenwangen ausgebildet sind, die über an ihnen angelenkte, in Richtung der Hauptachse beabstandete und quer zu dieser Hauptachse verlaufende biegesteife Koppelstreben miteinander verbunden sind.
  • Bei einer derart aufgebauten Antriebseinheit genügt prinzipiell schon ein einziger Aktuator, um eine seitwärts gerichtete Auslenkung der gesamten Kraftabgabestruktur hervorzurufen. Soll eine aktive Auslenkung in zwei einander entgegengesetzte Richtung ermöglicht werden, reichen hierzu zwei alternativ aktivierbare Aktuatoren aus oder gar ein einziger Aktuator, der wahlweise drückend oder ziehend auf die Kraftabgabestruktur einwirken kann. Ungeachtet der ausgewählten Krafteinleitungsstelle bewirkt die durch den mindestens einen Aktuator hervorgerufene Beaufschlagung eine aktive Verlängerung oder Verkürzung der Diagonalen zwischen den einzelnen, bevorzugt trapezförmigen Feldern der Kraftabgabestruktur, wobei durch die unter Vermittlung der Koppelstreben hervorgerufene Wechselwirkung ungeachtet der Platzierung der Krafteinleitungsstelle die beiden Seitenwangen eine Auswölbung im wesentlichen in der gleichen Richtung erfahren.
  • Auf der Basis der durch die Aktivierung des mindestens einen Aktuators hervorgerufenen Auslenkung der Kraftabgabestruktur kann eine externe Kraftabgabe zu vielfältigen Zwecken hervorgerufen werden. Beispielsweise kann das Gerät als Fortbewegungsgerät ausgebildet sein und hierbei insbesondere als Schwimmgerät, wobei die Auslenkbewegung der Kraftabgabestruktur durch Zusammenwirken mit dem umgebenden Wasser einen Vortrieb verursacht. Ein weiterer möglicher Anwendungsfall ist derjenige einer Ausgestaltung als Haltevorrichtung zum aktiven Festhalten von Teilen, beispielsweise auf den Gebieten der Fertigung und Montage. Auch ein Einsatz als Weichensteller auf dem Gebiet der Fördertechnik ist denkbar. Diese Anwendungsfälle sind als nicht abschließend zu verstehen.
  • Zwar geht aus der EP 1 316 651 A2 bereits ein Verbund aus Außenwangen und Koppelstreben hervor, der bei Krafteinleitung ein ähnliches Verhalten wie die Kraftabgabestruktur an den Tag legt. Dieses bekannte Bauteil dient jedoch nur zur Aufnahme von externen Kräften und ist nicht Bestandteil einer zusätzlich mindestens einen Aktuator aufweisenden Antriebseinheit. Eine aktive Kraftabgabe ist bei dieser bekannten Anordnung nicht vorgesehen.
  • vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Der mindestens eine Aktuator ist zweckmäßigerweise so angeordnet, dass die Krafteinleitungsrichtung, in der er seine Zug- und/oder Druckkräfte in die Kraftabgabestruktur einleitet, schräg zu der Hauptachse der Kraftabgabestruktur verläuft.
  • Ein Gerät mit besonders kompakten Abmessungen ergibt sich, wenn der mindestens eine Aktuator zwischen den beiden Seitenwangen angeordnet ist. Er kann dabei insbesondere so platziert sein, dass seine Befestigungsstellen auf einander entgegengesetzten Seiten der Hauptachse liegen.
  • Der mindestens eine Aktuator kann ausschließlich an der Kraftabgabestruktur angreifen. In diesem Fall bilden seine in der Regel zwei vorhandenen Befestigungsstellen gleichzeitig die Krafteinleitungsstellen, an denen die Betätigungskräfte in die Kraftabgabestruktur eingeleitet werden. Beispielsweise kann der Aktuator einenends an der einen Seitenwange und andernends an der anderen Seitenwange angreifen, oder auch an anderen diesseits und jenseits der Hauptachse liegenden Bestandteilen der Kraftabgabestruktur. Der Aktuator kann insbesondere auch an mindestens einer Koppelstrebe angreifen.
  • Ein über zwei Befestigungsstellen verfügender Aktuator kann auch so angeordnet sein, dass er an nur einer Befestigungsstelle mit der Kraftabgabestruktur verbunden ist, während sich seine andere Befestigungsstelle an einem die gesamte Antriebseinheit tragenden Träger befindet, der die Bewegungen der Antriebseinheit nicht mitmacht.
  • Eine vorteilhafte Krafteinleitungsstelle für den mindestens einen Aktuator ist der Bereich einer der zwischen der Seitenwange und der Koppelstreben vorhandenen Gelenkstellen. Der Aktuator kann beispielsweise gleichzeitig im Bereich zweier solcher Gelenkstellen angreifen, die unterschiedlichen Seitenwangen zugeordnet sind.
  • Insbesondere, wenn als Aktuatoren besonders einfach aufgebaute, sogenannte einfachwirkende Aktuatoren eingesetzt werden, die entweder nur ziehend oder nur drückend arbeiten können, empfiehlt sich die Installation wenigstens zweier sich überkreuzender Aktuatoren, die bei abwechselnder Betätigung einander entgegengesetzte Auslenkbewegungen der Kraftabgabestruktur hervorrufen.
  • Unterschiedliche Bewegungsverhalten der Kraftabgabestruktur können erzielt werden, indem die Seitenwangen im Fußbereich entweder gelenkig oder starr an einem seinerseits starren Träger befestigt sind. Ist die Kraftabgabestruktur gelenkig am Träger gelagert, resultiert aus der Aktivierung des mindestens einen Aktuators eine einfache Biegung. Bei einer starren Verbindung hingegen wird die Kraftabgabestruktur etwa S-ähnlich ausgelenkt.
  • Zur Betätigung der Kraftabgabestruktur eignen sich sowohl mit elektrischer Energie als auch mit Fluidkraft betriebene Aktuatoren. Bei fluidbetätigten Aktuatoren werden insbesondere pneumatische Aktuatoren verwendet. Bevorzugt handelt es sich jeweils um Linear-Aktuatoren.
  • Als besonders vorteilhafte Bauform eines fluidbetätigten Aktuators empfiehlt sich ein sogenannter Kontraktionsaktuator, der einen sich zwischen zwei jeweils einen Kraftabgriff ermöglichenden Kopfstücken erstreckenden Kontraktionsschlauch aufweist, welcher sich bei Druckbeaufschlagung seines Innenraumes radial aufweitet, und zwar unter gleichzeitiger axialer Kontraktion. Eine mögliche Bauform für einen solchen Kontraktionsaktuator beschreibt die WO 00/61952 A1 . Derartige Kontraktionsaktuatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie trotz kleiner Abmessungen hohe Zugkräfte ausüben kann. Außerdem sind sie biegbar, so dass sie sich im drucklosen Zustand der Gestaltänderung der Kraftabgabestruktur nicht wiedersetzen und von dieser ausgelenkt werden können, ohne ein Hindernis darzustellen. Dies erweist sich vor allem dann von Vorteil, wenn die Aktuatorik in dem zwischen den Seitenwangen vorhandenen Zwischenraum angeordnet ist und im Betrieb sehr starke Auslenkungen auftreten, die zur Folge haben, dass die Seitenwangen mit einer Querkraft auf die Aktuatoren einwirken können.
  • Die Seitenwangen haben zweckmäßigerweise eine streifenförmige Gestalt. Sie können nach Art von Blattfedern ausgeführt sein. Zweckmäßigerweise verringert sich ihre Streifenbreite ausgehend vom Fußbereich hin zum Kopfbereich der Kraftabgabestruktur.
  • Die Seitenwangen können beispielsweise aus Federstahl bestehen. Ebenfalls vorteilhaft und dazuhin noch gewichtssparend ist eine Realisierung aus einem geeigneten Kunststoffmaterial, bei dem es sich zum Erhalt einer besonders hohen Belastbarkeit auch um faserverstärktes Kunststoffmaterial handeln kann.
  • Es ist von Vorteil, wenn die Kraftabgabestruktur durch eine sie umschließende flexible Hülle abgeschirmt ist. Diese Hülle ist zweckmäßigerweise auf eine auch der Formgebung dienende Abstützstruktur aufgezogen, die an der Kraftabgabestruktur angebracht oder auch zumindest teilweise von der Kraftabgabestruktur selbst gebildet sein kann. Beispielsweise setzt sich die Abstützstruktur aus mehreren in Richtung der Hauptachse aufeinanderfolgenden Ringelementen zusammen, zwischen denen sich jeweils mindestens eine Koppelstrebe erstrecken kann.
  • Bei einer Ausgestaltung des Gerätes als Haltevorrichtung ist die Kraftabgabestruktur zweckmäßigerweise mit mindestens einer Beaufschlagungsfläche versehen, die bei entsprechender Auslenkung der Kraftabgabestruktur eine Haltekraft auf ein festzuhaltendes Teil ausüben kann. Zweckmäßigerweise befindet sich die Beaufschlagungsfläche an einer der Seitenwangen. Da die Seitenwangen bei Betätigung des mindestens einen Aktuators eine bogenförmige Gestalt einnehmen, können sie sich optimal an auch empfindliche Teile anschmiegen und ermöglichen somit eine schonendes Festhalten von Teilen.
  • Eine weitere vorteilhafte Bauform sieht eine Ausgestaltung des Gerätes als Schwimmgerät vor, bei dem die durch den mindestens einen Aktuator hervorgerufene Auslenkbewegung der Kraftabgabestruktur für den Vortrieb im Wasser verantwortlich ist. Das Schwimmgerät ist zweckmäßigerweise für funkgesteuerten Betrieb ausgelegt.
  • Bei einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung handelt es sich um ein Unterwasser-Schwimmgerät. Dieses kann insbesondere eine der Anatomie eines Fisches nachempfundene Gestaltung aufweisen, wobei die Antriebseinheit für die Erzeugung des Flossenschlages der Schwanzflosse verantwortlich sein kann.
  • In dem letztgenannten Fall bildet die Antriebseinheit vorzugsweise den rückseitigen Endabschnitt des Gerätrumpfes, wobei ihr Kopfbereich nach hinten weist und die Schwanzflosse trägt. Bei einer hin und her gehenden Auslenkbewegung der Antriebseinheit wird mithin die Schwanzflosse zu einer wedelnden Bewegung angetrieben, woraus unter anderem ein Vortrieb für das Gerät resultiert.
  • Die Schwanzflosse kann ihrerseits auf der Basis mindestens einer Kraftabgabestruktur aufgebaut sein, wie sie auch die Antriebseinheit aufweist. Allerdings werden hierbei keine zusätzlichen Aktuatoren benötigt. Vielmehr fungiert die Kraftabgabestruktur in diesem Fall als passive Struktur, vergleichbar dem aus der EP 1 316 651 A2 bekannten, zur Aufnahme von Kräften dienenden Bauteil. Die durch die Antriebseinheit hervorgerufene Flossenschlagbewegung der Schwanzflosse führt hier aufgrund der vom Wasser ausgeübten Reaktionskräfte zu einer Auswölbung der Schwanzflosse mit der Folge einer optimalen Kraftübertragung.
  • Um das fischartig nachempfundene Unterwasser-Schwimmgerät lenken zu können, ist die Antriebseinheit in ihrem Fußbereich zweckmäßigerweise insgesamt schwenkbar an einem den Gerätekopf mit umfassenden Geräte-Vorderteil angeordnet. Durch einen oder mehrere Lenk-Aktuatoren kann ihre Ausrichtung bezüglich dem Geräte-Vorderteil verändert werden, woraus eine Richtungsänderung des vorwärtsschwimmenden Unterwasser-Schwimmgerätes resultiert.
  • Der mindestens eine Lenk-Aktuator ist zweckmäßigerweise ein Kontraktionsaktuator der weiter oben schon geschilderten Bauart.
  • Um die Tauchtiefe des Unterwasser-Schwimmgerätes nach Bedarf einstellen zu können, enthält das Gerät zweckmäßigerweise mindestens eine Tarierkammer, der geeignete Mittel zugeordnet sind, um sie wahlweise in unterschiedlichem Verhältnis mit Luft und/oder mit Wasser befüllen zu können.
  • Die für den Betrieb des Gerätes erforderlichen Steuerungsmittel befinden sich zweckmäßigerweise im Gerätekopf. Dort kann sich insbesondere auch die Empfangseinheit einer Funkfernsteuereinrichtung befinden, die einen ferngesteuerten Betrieb des Gerätes und all seiner Funktionen ermöglicht.
  • Sofern für den Betrieb des Gerätes Druckluft notwendig ist, ist es zweckmäßigerweise mit mindestens einem Druckluftspeicher ausgestattet, der über eine längere Zeitspanne hinweg einen autarken Betrieb des Gerätes gestattet.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Diese Erläuterung findet überwiegend anhand eines als Unterwasser-Schwimmgerät ausgebildeten Gerätes statt, ohne dass jedoch die einzelnen Details auf eine solche Bauform beschränkt wären.
  • Im einzelnen zeigen:
    • Figur 1
    ein Gerät zur Kraftabgabe in Gestalt eines Unterwasser-Schwimmgerätes, das hinsichtlich seiner Gestaltung der Anatomie eines Fisches nachempfunden ist, in perspektivischer Darstellung,
    Figur 2
    das Gerät aus Figur 1 in einer Seitenansicht,
    Figur 3
    das Gerät aus Figur 1 in einer Draufsicht,
    Figur 4
    das Gerät der Figuren 1 bis 3 in einer Explosionsdarstellung unter Weglassung der den Rumpfbereich umschließenden Hülle,
    Figur 5
    die Anordnung aus Figur 4 in einer Seitenansicht,
    Figur 6
    die Anordnung aus Figur 4 und Figur 5 in einer Draufsicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil VI,
    Figur 7
    einen vertikalen Längsschnitt durch das Gerät gemäß Schnittlinie VII-VII aus Figuren 3 und 8,
    Figur 8
    einen horizontalen Längsschnitt durch das Gerät gemäß Schnittlinie VIII-VIII aus Figur 7,
    Figur 9
    einen weiteren Längsschnitt durch das Gerät gemäß Schnittlinie IX-IX aus Figur 7,
    Figuren 10 bis 12
    die bei dem Gerät der Figuren 1 bis 9 verwirklichte Antriebseinheit in schematischer Darstellung und in unterschiedlichen Betriebszuständen, und
    Figuren 13 bis 15
    die bei der Schwanzflosse des Gerätes zur Anwendung gelangende passive Struktur in ebenfalls schematischer Darstellung und in unterschiedlichen Betriebszuständen.
  • Das in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Kraftabgabegerät 1 ist beim Ausführungsbeispiels als Fortbewegungsgerät konzipiert, welches sich selbst, aufgrund einer integrierten Antriebseinheit 2, fortbewegen kann. Die Figuren 10 bis 12 illustrieren die Antriebseinheit 2 in einer gesonderten schematischen Darstellung in unterschiedlichen Betriebsphasen.
  • Das Kraftabgabegerät 1 des Ausführungsbeispiels ist ein Schwimmgerät, genauer gesagt ein Unterwasser-Schwimmgerät. Es ermöglicht eine Fortbewegung im unter Wasser getauchten Zustand. Prinzipiell könnte es, bei ausreichender Größe, mit einer Kabine zur Aufnahme von Bedienpersonal ausgestattet sein. Im konkreten Fall handelt es sich um ein unbemanntes Unterwasser-Schwimmgerät, das über Funk ferngesteuert betrieben werden kann. Ein Funkempfänger ist in Figur 7 bei 3 ersichtlich.
  • Eine Besonderheit des abgebildeten Unterwasser-Schwimmgerätes besteht darin, dass seine gesamthäfte Gestaltung der Anatomie eines Fisches nachgebildet ist, wobei durch die integrierte Antriebseinheit 2 auch der typische, hin und her gehende Schwanzflossenschlag nachgeahmt werden kann. Letzterer ist in Figur 3 bei 4 durch einen Doppelpfeil angedeutet. Die Schwanzflosse trägt die Bezugsziffer 5.
  • Das Kraftabgabegerät besitzt Längserstreckung mit einer Längsachse 6. Der Schwanzflossenschlag 4 erfolgt in horizontaler Richtung quer zu der Längsachse 6. Abweichend könnte das Schwimmgerät auch zur Generierung eines vertikalen Schwanzflossenschlages ausgelegt sein.
  • Das Kraftabgabegerät 1 verfügt über einen in Bewegungsrichtung vorne liegenden Gerätekopf 7, die rückseitig angeordnete Schwanzflosse 5 und einen sich dazwischen erstreckenden Geräterumpf 8. Die Antriebseinheit 2 bildet den rückseitigen Endabschnitt des Geräterumpfes 8 und ist insofern ein Bindeglied zwischen dem Gerätekopf 7 und der Schwanzflosse 5.
  • Die Antriebseinheit 2 hat Längserstreckung mit einer im folgenden als Hauptachse 12 bezeichneten Längsachse. Ausgehend von ihrem dem Gerätekopf 7 zugewandten Endbereich - als Fußbereich 13 bezeichnet - besitzt sie eine sich zum entgegengesetzten, der Schwanzflosse 5 zugewandten.Kopfbereich 14 hin verjüngende Gestalt.
  • Ein Kernbestandteil der Antriebseinheit 2 ist eine als Kraftabgabestruktur 15 bezeichnete Verbundstruktur aus mehreren in besonderer Weise miteinander gekoppelten Elementen. Unter diesen Elementen befinden sich zwei mit Abstand längsseits nebeneinander angeordnete, Längserstreckung aufweisende Seitenwangen 16, 17, die sich ausgehend vom Fußbereich 13 zum Kopfbereich 14 erstrecken, wobei sie sich in Richtung zum Kopfbereich 14, insbesondere gleichmäßig, an einander annähern. In der beispielsweise aus Figuren 6 und 10 hervorgehenden Grundstellung sind die Seitenwangen 16, 17 symmetrisch diesseits und jenseits der Hauptachse 12 angeordnet, die mit der Längsachse 6 zusammenfällt.
  • Die beiden Seitenwangen 16, 17 erstrecken sich in einer gemeinsamen Erstreckungsebene 18, die in der horizontalen Normallage des Kraftabgabegerätes 1 exemplarisch eine Horizontalebene ist. Der Schwanzflossenschlag 4 findet in dieser Erstreckungsebene 18 statt.
  • In dem Fußbereich 13 sind die beiden Seitenwangen 16, 17 an einem starren Träger 22 befestigt. An den zugeordneten Befestigungsstellen 23 kann - gemäß Figuren 10 und 12 - eine starre Verbindung oder - gemäß Figur 11 - eine gelenkige Verbindung mit zu der Erstreckungsebene 18 rechtwinkeligen Gelenkachsen vorliegen.
  • Am Kopfbereich 14 sind die beiden Seitenwangen 16, 17 in einer Montageschnittstelle 24 zusammengeführt. Dort ist, über ein geeignetes Gegenstück 25, die Schwanzflosse 5 montiert.
  • Die beiden Seitenwangen 16, 17 sind in der Erstreckungsebene 18 federelastisch biegbar, vergleichbar einer Blattfeder. Sie haben eine bevorzugt streifenartige Gestaltung mit zur Erstreckungsebene 18 rechtwinkeliger Streifenebene, wobei ihre reckwinkelig zu der Erstreckungsebene 18 gemessen Breite zweckmäßigerweise ausgehend von dem Fußbereich 13 hin zu dem Kopfbereich 14 abnimmt.
  • Die Figuren 11 und 12 vermitteln einen Eindruck über die Federelastizität der beiden Seitenwangen 16, 17. Sie können ohne weiteres so abgebogen werden, dass sie in der Erstreckungsebene ausgewölbt sind. Nach Wegnahme der entsprechenden Verformungskraft kehren sie wieder in die aus Figuren 6 und 10 ersichtliche Grundstellung zurück, in der sie beispielhaft - in der Normalenrichtung der Erstreckungsebene 18 betrachtet - zum Kopfbereich 14 hin V-förmig aufeinander zu laufen.
  • Die beiden Seitenwangen 16, 17 sind über in Richtung der Hauptachse 12 zueinander beabstandete biegesteife Koppelstreben 26 miteinander verbunden. Die Verbindungsstellen sind als Gelenkstellen 27 ausgeführt, insbesondere mit zu der Erstreckungsebene 18 rechtwinkeligen Gelenkachsen 28. Die Koppelstreben 26 verlaufen quer zu der Hauptachse 12 und insbesondere parallel zu der Erstreckungsebene 18.
  • Die Seitenwangen 16, 17 und Koppelstreben 26 können einstückig miteinander verbunden sein. Die Gelenkstellen 27 sind in diesem Fall als Festkörpergelenke oder sogenannte Filmscharniere ausgeführt. Vor allem dann jedoch, wenn wie beim Ausführungsbeispiel relativ hohe Kräfte zu erzeugen sind, kann sich eine gesonderte Ausgestaltung dieser Komponenten empfehlen, die dann durch geeignete Scharniermittel aneinander angelenkt sind.
  • Die Koppelstreben 26 sind insbesondere so angeordnet, dass sie in der aus Figuren 6 und 10 hervorgehenden Grundstellung rechtwinkelig zu der Hauptachse 12 verlaufen. Sie bilden dadurch, zusammen mit den sich zwischen jeweils benachbarten Gelenkstellen 27 erstreckenden Längenabschnitten der Seitenwangen 16, 17, mehrere aufeinanderfolgende trapezförmige Felder 32.
  • Um eine besonders verwindungssteife Struktur zu erzielen, kann es vorteilhaft sein, die Koppelstreben 26 an einer oder mehreren bezüglich der Hauptachse 12 auf gleicher Höhe liegenden Stellen paarweise anzuordnen. Man kann sich dies beispielsweise jeweils als rahmenartige Struktur vorstellen, wobei an zwei gegenüberliegenden Rahmenschenkeln die beiden Seitenwangen 16, 17 angreifen und die beiden anderen Rahmenschenkel je eine Koppelstrebe 26 bilden. Die Koppelstreben 26 eines jeweiligen Strebenpaares liegen sich zweckmäßigerweise in der Normalenrichtung der Erstreckungsebene 18 mit Abstand gegenüber.
  • Die derart ausgebildete Kraftabgabestruktur 15 ist mit mindestens einem mit elektrischer Energie und/oder mit Fluidkraft betätigbaren Aktuator 33 kombiniert, der je nach Ausgestaltung in der Lage ist, Zug- und/oder Druckkräfte in die Kraftabgabestruktur 15 einzuleiten. Es handelt sich insbesondere um Linearaktuatoren.
  • Beim Ausführungsbeispiel umfasst die Antriebseinheit 2 insgesamt zwei Aktuatoren 33a, 33b, bei denen es sich um Zugaktuatoren handelt und an deren einander axial entgegengesetzten Endbereichen eine Zugkraft abgegriffen werden kann. Aus Figuren 10 bis 12 kann entnommen werden, dass diese beiden Aktuatoren 33a, 33b zweckmäßigerweise im Innern der Kraftabgabestruktur 15 angeordnet sind und sich dabei insbesondere zwischen den beiden Seitenwangen erstrecken.
  • Die beiden Aktuatoren 33a, 33b sind rechtwinkelig zu der Erstreckungsebene 18 versetzt zueinander angeordnet und überkreuzen sich. Ihre beiden endseitigen Kraftabgriffsbereiche liegen jeweils diesseits und jenseits der Hauptachse 12. Insgesamt ergibt sich hierbei eine dahingehende Konfiguration, dass die Aktuatoren 33a, 33b mit schräg zu der Hauptachse 12 verlaufender Krafteinleitungsrichtung an der Kraftabgabestruktur 15 angreifen.
  • Vorzugweise greifen die beiden Aktuatoren 33a, 33b ausschließlich an der Kraftabgabestruktur 15 an. Die entsprechenden Angriffspunkte seien im folgenden als Krafteinleitungsstellen 34a, 35a; 34b, 35b bezeichnet. Die beiden Krafteinleitungsstellen 34a, 35a; 34b, 35b eines jeweiligen Aktuators 33a, 33b sind in Richtung der Hauptachse 12 zueinander beabstandet. Jeder Aktuator 33a, 33b greift einenends an der einen und andernends an der anderen Seitenwange 16, 17 an, oder alternativ an einer der Gelenkstellen 27 oder demjenigen Abschnitt einer Koppelstrebe 26, der auf der entsprechenden Seite der Hauptachse 12 liegt.
  • Die Kreuzungsstelle 31 der beiden Aktuatoren 33a, 33b liegt zweckmäßigerweise in einer zur Erstreckungsebene 18 rechtwinkeligen, die Hauptachse 12 enthaltenden Ebene.
  • Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Krafteinleitungsstellen 34 wie abgebildet im Bereich der Gelenkstellen 27 zu platzieren.
  • Abweichend von der geschilderten Bauform könnten die Aktuatoren 33a, 33b auch nur einenends an der Kraftabgabestruktur 15 angreifen, wobei sie dann andernends insbesondere an dem Träger 22 befestigt wären.
  • Die beiden Aktuatoren 33a, 33b sind durch bevorzugt im Gerätekopf 7 untergebrachte Steuermittel 36 abwechselnd aktivierbar und deaktivierbar. Während der Aktivierung des jeweils einen Aktuators 33a, 33b bleibt der andere Aktuator 33b, 33a zweckmäßigerweise deaktiviert.
  • Die Figuren 11 und 12 zeigen jeweils einen Betriebszustand, bei dem der eine, erste Aktuator 33a aktiviert und der andere, zweite Aktuator 33b deaktiviert ist. Der aktivierte Aktuator 33a hat die beiden von ihm beaufschlagten Krafteinleitungsstellen 34a, 35a zueinander gezogen. Dies führt zu einer Einwölbung derjenigen Seitenwange 17, an der sich die näher zum Kopfbereich 14 liegende Krafteinleitungsstelle 35a befindet. Aufgrund der angelenkten, quer verlaufenden Koppelstreben 26 wirkt sich die Krümmung dieser einen Seitenwange 17 unmittelbar auch auf die andere Seitenwange 16 aus, die sich folglich mit gleicher Krümmungsrichtung ebenfalls auswölbt. Es tritt hier insgesamt der Effekt auf, dass die Diagonalen zwischen den einzelnen trapezförmigen Feldern 32 verkürzt werden, was zu einer Verschiebung der einzelnen Strukturabschnitte führt und letztlich gemäß Figuren 11 oder 12 zur Folge hat, dass die gesamte Kraftabgabestruktur 15 unter elastischem Verbiegen der Seitenwangen 16, 17 in der einen oder anderen Richtung in der Erstreckungsebene 18 seitwärts ausgelenkt wird.
  • Dabei wurde der Effekt festgestellt, dass bei einer gelenkigen Anbindung der Seitenwangen 16, 17 am Träger 22 eine im wesentlichen C-förmige Biegekurve auftritt (Figur 11). Bei starrer Anbindung an den Befestigungsstellen 23 hingegen, ergibt sich eine S-förmige Auslenkkurve (Figur 12).
  • Wird der erste Aktuator 33a wieder deaktiviert, kehrt die Kraftabgabestruktur 15 aufgrund der reversiblen Rückstelleigenschaften der federelastischen Seitenwangen 16, 17 in die aus Figur 10 ersichtliche Grundstellung zurück.
  • Wird nun der andere, zweite Aktuator 33b in entsprechender Weise aktiviert, findet die gleiche Auslenkbewegung in die entgegengesetzte Richtung statt.
  • Somit kann eine in Figur 3 durch einen Doppelpfeil angedeutete Pendelbewegung 37 der Kraftabgabestruktur 15 bezüglich dem sich an ihren Fußbereich 13 anschließenden Geräte-Vorderteil 38 hervorgerufen werden. Die Montageschnittstelle 24 und mit dieser der daran angebrachte Wurzelbereich 42 der Schwanzflosse 4 schwingen folglich in entsprechender Weise mit.
  • Die ein flächenhaftes Gebilde mit zur Erstreckungsebene 18 rechtwinkeliger Ausdehnungsebene darstellende Schwanzflosse 5 führt aufgrund der in der Erstreckungsebene 18 stattfindenden Pendelbewegung 37 eine dem natürlichen Flossenschlag eines Fisches vergleichbare Antriebsbewegung aus. Die hierbei auftretenden Kinematik kann durch ein besonders vorteilhaften Aufbau der Schwanzflosse 5, wie er beim Ausführungsbeispiel realisiert ist, wirksam unterstützt werden.
  • Die Schwanzflosse 5 enthält zweckmäßigerweise zwei in Richtung der zur Erstreckungsebene 18 rechtwinkeligen Hochachse 43 des Kraftabgabegerätes 1 beabstandete Kraftabgabestrukturen 44, deren konzeptioneller Aufbau demjenigen der Kraftabgabestruktur 15 der Antriebseinheit 2 entspricht. Ihre Fußbereiche 45 befinden sich an dem Wurzelbereich 42, und sie divergieren ausgehend von dort bis hin zu ihren Kopfbereichen 46, wobei der dazwischen liegende Bereich von einer ein- oder mehrlagigen Flossenhaut 47 überspannt ist.
  • Abweichend von der Antriebseinheit 2 sind den Kraftabgabestrukturen 44 der Schwanzflosse 4 keine Aktuatoren zugeordnet. Es handelt sich um passive Strukturen, deren Verformung aus der beim Verschwenken auf sie einwirkenden Gegenkraft 48 resultiert, die das umgebende Wasser hervorbringt, wenn die Schwanzflosse 5 und somit die Kraftabgabestrukturen 44 durch die Pendelbewegung der Montageschnittstelle 24 hin und her bewegt werden (Figuren 14 und 15).
  • In Figur 13 ist eine der beiden Kraftabgabestrukturen 44 exemplarisch in ihrer Grundstellung gezeigt, die der in Figur 10 abgebildeten Grundstellung der Kraftabgabestruktur 15 der Antriebseinheit 2 entspricht. Der Fußbereich 45 der Kraftabgabestruktur 44 ist an der als Träger fungierenden Montageschnittstelle 24 entweder gelenkig (Figur 14) oder starr (Figur 15) befestigt, woraus die sich bei der Pendelbewegung 37 einstellenden, aus Figuren 14 und 15 ersichtlichen Gestaltänderungen resultieren. Die Kraftabgabestruktur 44 buchtet sich aufgrund der Gegenkraft 48 jeweils an derjenigen Seite ein, zu der hin die Montageschnittstelle 24 bzw. der Wurzelbereich 42 hin verschwenkt wird.
  • Die Kraftabgabestrukturen 44 sind mit einer Hüllhaut 52 überzogen, so dass auch dort, und nicht nur im Bereich der Flossenhaut 47, ein kräftemäßiges Zusammenwirken mit dem umgebenden Wasser möglich ist.
  • Abweichend vom Ausführungsbeispiel kann auch die gesamte Schwanzflosse 5 in Gestalt einer umhüllten Kraftabgabestruktur 44 ausgeführt sein. Die Kraftabgabestruktur 44 erstreckt sich dann auch über den Bereich hinweg, der beim Ausführungsbeispiel von der Flossenhaut 47 überbrückt ist.
  • Eine die Kraftabgabe an das umgebende Wasser begünstigende wasserdichte Hülle 53 umschließt auch die Antriebseinheit. Die Hülle 53 ist flexibel und bevorzugt vergleichbar einer Haut oder Folie relativ dünn ausgebildet, so dass sie die Auslenkbewegungen und Krümmung der Kraftabgabestruktur 15 ohne weiteres mitmachen kann. Vorzugsweise ist die Hülle 53 schlauchartig ausgebildet, mit einem über ihre Länge hinweg sich entsprechend der Gestaltung der Antriebseinheit 2 veränderndem Querschnitt, wobei ihre Montage dadurch möglich ist, dass sie bei noch nicht installierter Schwanzflosse 5 über die Montageschnittstelle 24 hinweg auf die Antriebseinheit 2 aufgezogen ist.
  • Zur Fixierung der Hülle 53 kann die Kraftabgabestruktur 44 mit einer Abstützstruktur 54 versehen und/oder zumindest teilweise von der Kraftabgabestruktur 15 unmittelbar selbst gebildet sein. Beim Ausführungsbeispiel enthält die Abstützstruktur 54 eine Mehrzahl von in Richtung der Hauptachse 12 beabstandeten, bevorzugt bogenförmigen Abstützbügeln 55, die diesseits und jenseits der Erstreckungsebene 18 auf Höhe der Koppelstreben 26 an der Kraftabgabestruktur 15 befestigt sind. Auf diese Weise ergibt sich gemäß Figur 4 eine Mehrfachanordnung von in Richtung der Hauptachse 12 mit Abstand aufeinander folgenden Ringstrukturen, auf die die flexible Hülle 53 gemäß Figur 7 aufgezogen ist.
  • Die erwähnte schwenkbare Lagerung der Antriebseinheit 2 bezüglich dem Geräte-Vorderteil 38 ist über eine Drehlagerung des Trägers 22 realisiert. Der Träger 22 ist um eine zur Hauptachse 12 rechtwinkelige und zweckmäßigerweise mit der Geräte-Hochachse 43 gleichgerichtete Drehachse 56 verdrehbar an dem Geräte-Vorderteil 38 gelagert. Die Drehachse 56 definierende Drehachsmittel 57 sind beispielsweise aus Figuren 4 und 7 ersichtlich.
  • Die Schwenkbarkeit zwischen Antriebseinheit 2 und Geräte-Vorderteil 38 ermöglicht praktisch ein Durchbiegen des gesamten Kraftabgabegerätes 1 zum Zwecke seines Lenkens. Die beiden hierbei hervorrufbaren Lenkausschlagbewegungen 58 der Antriebseinheit 2 sind in Figur 8 durch Pfeile deutlich gemacht.
  • Das Drehmoment für die Erzeugung der Lenkausschlagbewegungen 58 liefern zwei zur besseren Unterscheidung als Lenk-Aktuatoren 62 bezeichnete Aktuatoren, die wie die Aktuatoren 33 der Antriebseinheit 2 vorzugsweise als Linearaktuatoren ausgebildet sind.
  • Beim Ausführungsbeispiel sind die Lenk-Aktuatoren 62 reine Zugaktuatoren. Einer der Lenk-Aktuatoren 62 greift einenends diesseits der Drehachse 56 an dem Träger 22 an, während der andere Lenk-Aktuator 62 mit seinem einen Ende jenseits der Drehachse 56 an dem Träger 22 angreift. Ausgehend von diesen Angriffsstellen 63 ragen die beiden Lenk-Aktuatoren 62 in Richtung zum Gerätekopf 7 nach vorne, an dem sie, an weiteren Angriffsstellen 64, mit ihren anderen Endbereichen fixiert sind. Wird durch die Aktivierung eines Lenk-Aktuators 62 eine Zugkraft generiert, verdreht sich der Träger 22 dementsprechend um die Drehachse 56 und die Abtriebseinheit 2 führt die zugeordnete Lenkausschlagbewegung aus.
  • Prinzipiell wäre es auch möglich, das Lenk-Drehmoment alternativ durch drückend wirksame Lenk-Aktuatoren hervorzurufen oder auch durch doppeltwirkende Aktuatoren, die in der Lage sind sowohl eine Drückkraft als auch eine Zugkraft auszuüben. Im letzteren Fall könnte auch nur ein einziger Lenk-Aktuator zum Einsatz kommen.
  • Sowohl die Aktuatoren 33 der Antriebseinheit 2 als auch die Lenk-Aktuatoren 62 - im folgenden gemeinsam vereinfacht nur noch als Aktuatoren 33, 62 bezeichnet - sind vorzugsweise als Fluidaktuatoren ausgebildet. Sie können mit einem beliebigen Fluid betrieben werden, sei es gasförmiger oder hydraulischer Natur. Beim Ausführungsbeispiel kommt Druckluft als Antriebsfluid zum Einsatz.
  • Die Aktuatoren 33, 62 könnten in Gestalt konventioneller Pneumatikzylinder ausgeführt sein. Als besonders vorteilhaft wird jedoch die beim Ausführungsbeispiel realisierte Bauform als Kontraktionsaktuatoren 65 angesehen. Eine zweckmäßige Bauform hierfür geht aus der WO 00/61952 A1 hervor, deren Inhalt hiermit ausdrücklich einbezogen wird.
  • Jeder Kontraktionsaktuator 65 verfügt über einen in Figur 9 in einem vergrößerten Ausschnitt abgebildeten Kontraktionsschlauch 66, der aus einem gummielastischem Schlauchkörper 67 und einer zu dem Schlauchkörper 67 koaxialen Strangstruktur 68 besteht. Die Strangstruktur 68 umfasst eine Vielzahl biegeflexibler, zugleich jedoch hoch zugfester Zugstränge, die in einer Überkreuzkonfiguration angeordnet sind, entweder um den Schlauchkörper 67 herum oder, bevorzugt, in diesen eingebettet.
  • Der Kontraktionsschlauch 66 erstreckt sich zwischen zwei dem Kraftabgriff dienenden Kopfstücken 72. Über diese Kopfstücke 72 ist er an den Krafteinleitungsstellen 34, 35 bzw. den Angriffsstellen 63, 64 verankert. Der Innenraum 73 des Kontraktionsschlauches 66 steht mit einer nicht näher dargestellten Fluidleitung in Verbindung, über die hinweg eine Druckbeaufschlagung oder Druckentlastung möglich ist.
  • Im druckentlasteten Zustand nimmt der Kontraktionsaktuator 65 die aus der Zeichnung ersichtliche Strecklage ein. Wird sein Innenraum 73 mit atmosphärischem Überdruck beaufschlagt, weitet er sich radial auf, was aufgrund der Strangstruktur 68 eine gleichzeitige axiale Kontraktion zur Folge hat, mit dem Effekt, dass die beiden Kopfstücke 72 und mithin die an diesen befestigten Bestandteile des Kraftabgabegerätes 1 zueinander gezogen werden.
  • Ein großer Vorteil dieses Kontraktionsaktuators 65 ist seine vor allem zu Beginn der Kontraktionsbewegung extrem hohe Zugkraft. Außerdem ist er flexibel, so dass er im deaktivierten Zustand - wie dies aus Figuren 11 und 12 ersichtlich ist - problemlos durchgebogen werden kann, wenn er durch die Kraftabgabestruktur 15 mit einer Querkraft beaufschlagt wird. Dadurch behindert der deaktivierte Kontraktionsaktuator 65 die Auslenkbewegung der Kraftabgabestruktur 15 nicht.
  • Die schon erwähnten Steuermittel 36 ermöglichen die den gewünschten Betriebsablauf gewährleistende gesteuerte Fluidbeaufschlagung der Aktuatoren 33, 62. Zu diesem Zweck enthalten die Steuermittel 36 vorzugsweise eine mit dem Funkempfänger 3 zusammenarbeitende Steuerelektronik 74 sowie durch diese Steuerelektonik 74 elektrisch ansteuerbare Steuerventile 75. Die notwendige Druckluft liefert ein im Innern des Kraftabgabegerätes 1 untergebrachter Druckluftspeicher 76, welcher insbesondere zum Geräte-Vorderteil 38 gehört. Es handelt sich bei ihm zweckmäßigerweise um ein druckfestes Behältnis. Beim Ausführungsbeispiel ist eine Ausgangsfüllmenge von 1,5 Litern Luft vorgesehen, die auf 300 bar verdichtet ist.
  • Der Druckluftspeicher 76 kann über Befestigungsmittel 77, beispielsweise eine ihn umschließende Klemmschelle, am Gerätekopf 7 befestigt sein. Er ist auch vorzugsweise das Bindeglied zur Antriebseinheit 2. Exemplarisch ist der Druckluftspeicher 76 von einem zur Längsachse 6 koaxialen Klemmring 78 umschlossen, an dem unter Zwischenschaltung der Drehachsmittel 57 der Träger 22 gelagert ist.
  • Im Innern des Geräte-Vorderteils 38 und hierbei insbesondere im Innern des Gerätekopfes 7, ist zweckmäßigerweise auch noch eine Tarierkammer 82 untergebracht. Ihre Funktion ist mit derjenigen der Schwimmblase eines Fisches vergleichbar. Sie kann in einem ausgewählten Mengenverhältnis mit Luft und Wasser befüllt werden, um das Kraftabgabegerät 1 in stabiler horizontaler Schwimmlage und in der gewünschten Tauchtiefe austarieren zu können.
  • Am Boden der Tarierkammer 82 befinden sich ein oder mehrere Wasser-Durchtrittsöffnungen 83. Ein Einspeise- und Saugrüssel 84 verläuft so im Innern der Tarierkammer 82, dass seine Mündung im deckennahen Bereich der Tarierkammer 82 liegt. Unter Vermittlung der Steuerventile 75 kann über den Einspeise- und Saugrüssel 84 hindurch Druckluft in die Tarierkammer 82 eingespeist werden, so dass das darin befindliche Wasser über die Wasser-Durchtrittsöffnungen 83 hinweg zur Umgebung hinaus verdrängt wird.
  • An den Einspeise- und Saugrüssel 84 ist außerdem eine nach dem Prinzip einer Strahlpumpe arbeitende Ejektoreinrichtung 85 angeschlossen. Ist sie aktiviert, erfolgt ein Absaugen der in der Tarierkammer 82 befindlichen Luft, mit der Folge, dass Wasser von außen her über die Wasser-Durchtrittsöffnungen 83 hinweg in die Tarierkammer 82 zuströmen kann.
  • Auf diese Weise lässt sich das gewünschte Verhältnis zwischen Wasser- und Luftmenge in der Tarierkammer 82 nach Bedarf einstellen.
  • Die erforderliche Druckluft für den Betrieb der Tarierkammer 82 stammt wiederum aus dem Druckluftspeicher 76.
  • Mindestens ein vorzugsweise ebenfalls im Gerätekopf 7 untergebrachter Akku 86 oder eine vergleichbare elektrische Energiequelle liefert die elektrische Energie für die an Bord befindlichen elektrischen Komponenten, insbesondere für die Steuerelektronik 74 und die elektrisch betätigbaren Steuerventile 75.
  • Ein an Bord befindlicher Druckregler 87 oder Druckminderer reduziert den im Druckspeicher 76 vorhandenen Luftdruck auf einen für die pneumatischen Komponenten verträglichen Arbeitsdruck, beispielsweise in der Größenordnung von 8 bar.
  • Ein Drucksensor 88 erfasst den Umgebungsdruck im Wasser. Anhand der von ihm ermittelten Werte kann die Steuerelektronik 74 durch entsprechende Befüllung der Tarierkammer 82 die gewünschte Tauchtiefe einstellen.
  • Der Gerätekopf 7 ist zweckmäßigerweise mehrteilig aufgebaut. Er kann gemäß Figuren 4 und 5 einen die Steuermittel 36 enthaltenden Hauptkörper 93 besitzen, an dem auch die Antriebseinheit 2 befestigt ist. Ein auf diesen Hauptkörper 93 aufsetzbares Oberteil 94 bildet zweckmäßigerweise die Tarierkammer 82. Auf das Oberteil 94 ist eine Haube 95 aufgesetzt, die gleichzeitig dazu dienen kann, zwischen sich und dem Oberteil 94 die Hülle 53 am vorderen Endbereich festzuspannen. Der rückwärtige Endbereich der Hülle 53 ist zweckmäßigerweise an der Montageschnittstelle 24 oder am zugeordneten Gegenstück 25 der Schwanzflosse 5 befestigt.
  • Insbesondere die sich auf die Antriebseinheit 2 beziehenden Ausführungen gelten auch für andere Ausgestaltungen des Kraftabgabegerätes 1. Exemplarisch sei an dieser Stelle eine Ausgestaltung als Haltevorrichtung erwähnt, in welchem Fall die Kraftabgabestruktur 15 der Antriebseinheit 2, wie in Figuren 10 bis 12 angedeutet, mindestens eine Beaufschlagungsfläche 89 bilden oder aufweisen kann, die zweckmäßigerweise einer der beiden Seitenwangen 17 zugeordnet ist. Die bei Aktivierung eines Aktuators 33 von der Kraftabgabestruktur 15 abgegebene Kraft 90 dient in diesem Fall anders als bei der Ausgestaltung als Fortbewegungsgerät nicht zur Erzeugung einer Antriebskraft, sondern zum Erzeugen einer Haltekraft, mit der die Beaufschlagungsfläche 89 gegen einen festzuhaltenden Gegenstand vorspannbar ist.

Claims (16)

  1. Gerät zur Kraftabgabe, insbesondere zum Festhalten von Teilen oder zur Fortbewegung, mit mindestens einer Antriebseinheit (2), die mindestens eine Kraftabgabestruktur (15) umfasst, die mindestens ein nach Art einer Blattfeder federelastisch biegbares, nach Wegnahme einer es abbiegenden Verformungskraft in die Grundstellung zurückkehrendes Längselement aufweist und die mindestens einen mit elektrischer Energie und/oder Fluidkraft betätigbaren, zur Ausübung von Zug- und/oder Druckkräften geeigneten Aktuator (33) enthält, der derart an der Kraftabgabestruktur (15) angreift, dass bei seiner Aktivierung die Kraftabgabestruktur (15) unter elastischem Verbiegen des mindestens einen Längselementes seitwärts ausgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwei der Längselemente als sich unter gegenseitiger Annäherung ausgehend von einem Fußbereich (13) in Richtung einer Hauptachse (12) zu einem Kopfbereich (14) hin nebeneinander erstreckende, federelastisch biegbare Seitenwangen (16, 17) ausgebildet sind, die über an ihnen angelenkte, in Richtung der Hauptachse (12) beabstandete und quer zu dieser Hauptachse (12) verlaufende biegesteife Koppelstreben (26) miteinander verbunden sind.
  2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator mit einer schräg zu der Hauptachse (12) verlaufenden Krafteinleitungsrichtung an der Kraftabgabestruktur angreift.
  3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (33) im Innern der Kraftabgabestruktur (15) angeordnet ist.
  4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (33) zwischen den beiden Seitenwangen (16, 17) angeordnet ist, insbesondere derart, dass seine Befestigungsstellen auf einander entgegengesetzten Seiten der Hauptachse (12) liegen.
  5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (33) ausschließlich an der Kraftabgabestruktur (15) angreift.
  6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (33) an zwei in Richtung der Hauptachse (12) beabstandeten Krafteinleitungsstellen (34a, 35a; 34b, 35b) an der Kraftabgabestruktur (15) angreift.
  7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (33) einenends an der einen Seitenwange (16) oder an einem auf der dieser Seitenwange (16) zugewandten Seite der Hauptachse (12) liegenden Abschnitt einer Koppelstrebe (26) angreift und andernends an der anderen Seitenwange (17) oder an einem auf der dieser anderen Seitenwange (17) zugewandten Seite der Hauptachse (12) liegenden Abschnitt einer Koppelstrebe (26).
  8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Aktuator (33) im Bereich einer zwischen einer Seitenwange (16, 17) und einer Koppelstrebe (26) angeordneten Gelenkstelle (27) angreift.
  9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei sich überkreuzende Aktuatoren (33, 33a, 33b) vorhanden sind, die jeweils einenends diesseits und andernends jenseits der Hauptachse (12) an der Kraftabgabestruktur (15) angreifen.
  10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwangen (16, 17) der Kraftabgabestruktur (15) im Fußbereich (13) gelenkig oder starr mit einem starren Träger (22) verbunden sind.
  11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (33) ein Linear-Aktuator ist.
  12. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (33) ein fluidbetätigter Aktuator ist, insbesondere ein pneumatischer Aktuator, wobei er zweckmäßigerweise ein Kontraktionsaktuator (65) ist, der einen sich zwischen zwei einen Kraftabgriff ermöglichenden Kopfstücken (72) erstreckenden Kontraktionsschlauch (66) aufweist, welcher bei Innendruckbeaufschlagung radial aufgeweitet und zugleich axial kontrahiert wird.
  13. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelstreben (26), bezogen auf die Richtung der Hauptachse (12), auf gleicher Höhe paarweise vorhanden sind.
  14. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwangen (16, 17) streifenförmige Gestalt haben, wobei zweckmäßigerweise die Breite der Seitenwangen (16, 17) ausgehend vom Fußbereich (13) hin zum Kopfbereich (14) der Kraftabgabestruktur (15) abnimmt.
  15. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es als Haltevorrichtung ausgebildet ist, wobei der Kraftabgabestruktur (15) mindestens eine Beaufschlagungsfläche (89) zugeordnet ist, zweckmäßigerweise im Bereich einer der Seitenwangen (16, 17).
  16. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung als insbesondere ferngesteuertes Schwimmgerät, bei dem die Kraftabgabestruktur (15) der Antriebseinheit (2) durch den mindestens einen Aktuator (33) zu einer für den Vortrieb beitragenden, hin und her gehenden Schwenkbewegung (37) antreibbar ist, wobei es sich bei dem Schwimmgerät zweckmäßigerweise um ein Unterwasser-Schwimmgerät handelt, das insbesondere eine der Anatomie eines Fisches nachempfundene Gestaltung aufweist, wobei die Antriebseinheit (2) zweckmäßigerweise für die Erzeugung des Flossenschlages einer Schwanzflosse (5) des Gerätes verantwortlich ist.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007017416B3 (de) * 2007-04-13 2008-06-19 Festo Ag & Co. Sortiervorrichtung
DE102008019454A1 (de) 2008-04-18 2009-10-29 Festo Ag & Co. Kg Elektrisch oder fluidisch angetriebenes Gerät zur Kraftabgabe
EP2502714B1 (de) * 2011-03-23 2013-05-01 Festo AG & Co. KG Haltevorrichtung zum Festhalten von Gegenständen
CN102962843B (zh) * 2012-12-03 2014-12-10 中国科学院自动化研究所 一种跃水机器海豚
CN104554682B (zh) * 2015-01-28 2017-02-22 中国科学技术大学 一种面积可控的水下仿生推进装置
EP3244822B1 (de) 2015-10-13 2018-12-19 Brainlab AG Einstellbare bahnführung
CN106364649B (zh) * 2016-09-28 2018-06-19 博雅工道（北京）机器人科技有限公司 一种机器鱼鱼尾结构
CN108438182B (zh) * 2018-02-26 2019-10-25 南京航空航天大学 可变体积仿生鱼主体结构及仿生鱼与运动调控方法
DE102018009038A1 (de) * 2018-11-19 2020-05-20 Senvion Gmbh Rotorblatt-Stütze
CN110194247A (zh) * 2019-05-30 2019-09-03 深圳市环境科学研究院 一种蝠鲼式水面巡游装置
DE102020215228B3 (de) 2020-12-02 2022-03-17 Festo Se & Co. Kg Greifvorrichtung zum Greifen von Objekten und Verfahren zum Betreiben einer solchen Greifvorrichtung
CN113071640B (zh) * 2021-04-30 2022-04-15 白城师范学院 一种水中探测仿生机器鱼及其***控制方法
CN114044138B (zh) * 2021-11-01 2023-11-07 上海智能制造功能平台有限公司 一种仿生鲸鱼的悬浮飞行器及其控制方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4334496A1 (de) 1993-10-09 1995-04-13 Triebel Georg Laminarer Strömungskörper zur Steuerung von Wasserfahrzeugen
US5740750A (en) 1996-05-28 1998-04-21 Massachusetts Institute Of Technology Method and apparatus for reducing drag on a moving body
US6138604A (en) 1998-05-26 2000-10-31 The Charles Stark Draper Laboratories, Inc. Pelagic free swinging aquatic vehicle
DE19825224C2 (de) 1998-06-05 2001-02-22 Oberhofer Gernot Strömungskörper mit einstellbarer Profilwölbung
DE19852944C1 (de) 1998-11-17 2000-02-10 Daimler Chrysler Ag Adaptiver Strömungskörper
DE29903281U1 (de) 1999-02-24 1999-07-01 Festo AG & Co, 73734 Esslingen Kniehebel-Spannvorrichtung
DE19916411A1 (de) 1999-04-01 2000-11-16 Leif Kniese Dynamischer Hebel zur Verbesserung der Kraftübertragung
FR2840584B1 (fr) 2002-06-07 2005-09-02 Daniel Evain Dispositif propulsif en milieu liquide
DE10237918A1 (de) 2002-08-14 2004-02-26 Helmut Reccius Fluiddynamischer Profilkörper

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007118571A1 (de) 2007-10-25
EP2007620A1 (de) 2008-12-31
DE202006006115U1 (de) 2006-07-27

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