[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine fluidische Spann- und Hebevorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Fluidische Spann- und Hebevorrichtungen sind mehrere bekannt. Diejenigen einer ersten Gruppe arbeiten mit Hydraulik- oder Pneumatik-Zylindern, diejenigen einer zweiten Gruppe arbeiten mit Vorrichtungen, deren Dimensionen, also Länge, Breite, Höhe, durch Beaufschlagen mit einem Druckmedium veränderlich sind. Während die Vorrichtungen der ersten Gruppe zumeist dem Stande der Technik angehören und allgemeines Ingenieurwissen sind, sind Vorrichtungen der zweiten Gruppe beispielsweise bekannt aus W096/35877 (D1) oder EP 0 123 558 (D2).
Hebe- und Spannvorrichtungen mit Fluidikzylindern sind so bekannt und verbreitet, dass eine Charakterisierung von deren Eigenschaften, Vorteilen und Nachteilen, hier unterbleiben darf.
[0002] Die Vorrichtungen aus der zweiten genannten Gruppe haben gemeinsam, dass ein - zumeist mit Aramidfasern - armierter Hohlkörper aus einem elastischen Kunststoff zum Einsatz kommt.
Dessen Volumen- und Formänderung wird in eine Wegänderung umgesetzt, und diese Wegänderung kann zum Heben oder Spannen verwendet werden.
[0003] Solche genannten Hohlkörper sind aufwendig in der Herstellung und dementsprechend teuer, zudem verletzlich, vor allem bei rauem Einsatz und Betrieb.
[0004] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Spann- und Hebevorrichtung, welche einfach herzustellen und zu warten ist, widerstandfähig auch bei rauem Betrieb, und deren empfindliche Teile einfach und kostengünstig herzustellen und zu ersetzen sind.
[0005] Die Lösung der gestellten Aufgabe ist wiedergegeben im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 hinsichtlich ihrer wesentlichen Merkmale, in den weiteren Ansprüchen hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausbildungen.
[0006] Die Erfindung wird näher erläutert anhand der beigefügten Zeichnung.
Es zeigen
<tb>Fig. 1<sep>eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels,
<tb>Fig. 2<sep>eine Frontalansicht des ersten Ausführungsbeispiels,
<tb>Fig. 3<sep>eine Frontalansicht des ersten Ausführungsbeispiels im Betriebszustande,
<tb>Fig. 4<sep>eine Frontalansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels,
<tb>Fig. 5<sep>eine schematische Frontalansicht des zweiten Ausführungsbeispiels mit einem Zusatz,
<tb>Fig. 6<sep>eine schematische Frontalansicht eines dritten Ausführungsbeispiels,
<tb>Fig. 7<sep>eine schematische Frontalansicht eines vierten Ausführungsbeispiels,
<tb>Fig. 8<sep>eine Frontalansicht des ersten Ausführungsbeispiels mit einem weiteren Zusatz,
<tb>Fig. 9<sep>eine Darstellung des Zusammenhanges von Dimensionen und Kräften.
[0007] Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung in einer Seitenansicht, Fig. 2 dieselbe Vorrichtung in einer Frontalansicht. Die Vorrichtung ist hier ausgeführt für den Angriff von Punktlasten. Hierfür weist die Vorrichtung zwei einander gegenüberliegende Augen 1 auf zum Einhängen von Haken (nicht dargestellt). Die an den Augen 1 angreifenden Kräfte werden an je ein Tragteil 2 abgeleitet. Die Tragteile 2 weisen je beispielsweise zwei äussere Scharniergelenke 3 auf, an denen je eine Platte 4 angelenkt ist. Von den vier Platten 4 sind je zwei wiederum in je einem mittleren Scharniergelenk 5 gelenkig verbunden dergestalt, dass eine im Wesentlichen rautenförmige bewegliche Einrichtung entsteht.
Die zwei äusseren Scharniergelenke 3 eines jeden Tragteils 2 sind beispielsweise durch je einen Steg 6 verbunden. Die vier Platten 4 und die zwei Stege 6 bilden im in Fig. 1 und 2 dargestellten Zustande der Vorrichtung einen langgestreckten, im Wesentlichen rechteckigen Hohlraum 7, in welchen ein Hohlkörper 20, beispielsweise eine Hülle 8, eingelegt ist. Diese ist aus einem wenig dehnbaren textilen Material gefertigt und, bis auf eine Öffnung für ein Ventil 9, allseitig geschlossen. Im Inneren der Hülle 8 befindet sich eine an das Ventil 9 angeschlossene Blase 10 aus einem elastischen Kunststoff. Wird nun die Blase 10 mit einem Druckmedium, Luft, Wasser oder Hydrauliköl, beaufschlagt, so bläht sie sich, bis sie den Hohlraum 7 völlig ausfüllt. Anschliessend drückt sie die Hülle 8 gegen die Platten 4.
Dabei nimmt die Vorrichtung nach Fig. 1, 2 die in Fig. 3 dargestellte Form an: Die beiden mittleren Scharniergelenke 5 werden auseinander gedrückt, und die zwei Paare von äusseren Scharniergelenken 3 nähern sich einander. Damit verkürzt sich selbstverständlich auch der Abstand der zwei Augen 1. Sofern das obere Auge 1 an einem festen Bezugssystem hängt, kann das untere Auge 1 eine Last heben. Selbstverständlich kann mit der Vorrichtung auch ein Kabel gespannt oder eine entsprechende Aufgabe gelöst werden.
[0008] Anstelle einer textilen Hülle 8 mit einer eingelegten fluid-dichten Blase 10 kann auch - unter Vereinigung der Funktionen der beiden genannten Elemente - als Hohlkörper 20 eine textilarmierte Blase 10 verwendet werden.
[0009] In Fig. 4 ist eine Frontalansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung.
Hier sind die zwei äusseren Scharniergelenke 3 jeder Seite zusammengefasst in je ein dreifaches Scharniergelenk 11.
[0010] Die Aufgabe des Hohlraumes 7 bei beiden Ausführungsbeispielen ist, der Hülle 8 und der Blase 10 auch im drucklosen Zustande und bei Belastung genügend Platz zu lassen, so dass diese Elemente nicht gequetscht werden. Dies kann selbstverständlich auch durch eine andere Formgebung der Platten 4 vorgesehen werden.
[0011] Fig. 5 ist eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 4. Als erfindungsgemässen Zusatz weist es eine die zwei mittleren Scharniergelenke 5 verbindende Spannfeder 12 auf. Diese sorgt auch im unbelasteten Zustande der Vorrichtung dafür, dass diese die beabsichtigte Anfangslage aufweist.
[0012] Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 ist komplementär ausgebildet zu jenen gemäss Fig. 1 bis Fig. 5.
Hier können Schubkräfte ausgeübt werden, wozu die Tragteile 2 an den mittleren Scharniergelenken 5 befestigt und die Scharniergelenke 5 als dreifache ausgeführt sind. Anstelle von Augen 1 sind die Tragteile 2 dann mit Schubplatten 13 verbunden. Die Kraftwirkung auf die Augen 1 oder die Schubplatten 13 ist aus elementaren Gründen proportional zum Druck in der Blase 10. Wegen des allgemein gültigen Zusammenhanges
F = p A wo
F = Kraftwirkung [N]
p = Druck [N/m<2>]
A = Fläche [m<2>]
ist sie auch proportional zur Fläche der Platten 4.
Diese kann durch die in Fig. 1 eingetragenen Dimensionen: L für die Länge der Platten 4, d für die Distanz der Scharniergelenke 3, 5, beeinflusst werden, da
A = 4 L x d
Der konkrete Zusammenhang zwischen den Dimensionen der Platten 4, dem Fluiddruck und der erzeugten Kraftwirkung ergibt sich beispielsweise durch folgenden Ansatz, welcher durch Fig. 9 gestützt wird:
[0013] Im Inneren des Hohlkörpers 20, welcher das ganze durch die vier Platten 4 definierten Volumen V füllt, herrscht ein Druck p.
[0014] An den zwei schematisch dargestellten Tragteilen greift je eine Kraft F an, welche durch die Kraft der Spann- und Hebevorrichtung kompensiert wird und daher dieser gleich ist.
Aus dem Energiesatz ergibt sich für die im Druckgas enthaltene Energie U
U = p V,
wo für das Volumen V gilt:
[0015] V = 2d<2> sin 2
[0016] Damit kann die Kraft F über die örtliche Ableitung
<EMI ID=2.0>
der Energie gewonnen werden:
<EMI ID=3.0>
[0017] Andere mögliche Ansätze führen selbstverständlich zum gleichen Resultat, wobei jeweils andere parametrische Darstellungen möglich sind.
[0018] Die Beeinflussung des Hubweges ergibt sich aus folgenden Überlegungen: Bei gegebener Querdimension d der Platten 4 ist der maximale Hubweg smax.
<EMI ID=4.0>
[0019] Soll also smax vergrössert werden, so ist bei Vergrösserung von d der Hubweg zwar proportional zu d, das benötigte Fluidvolumen (bei unveränderter Länge L) jedoch proportional zu d<2>.
Durch Hintereinanderschalten mehrerer Vorrichtungen nach einem der beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der gesamte Hubweg
<EMI ID=5.0>
die benötigte Fluidmenge VFl jedoch ebenfalls nur proportional zu
VFl ¯ (d1+d2+...dn),
sofern alle verwendeten Vorrichtungen - zweckmässigerweise - die gleiche Länge aufweisen.
[0020] Das erwähnte Hintereinanderschalten mehrerer Vorrichtungen geschieht beispielsweise so, dass jeweils das untere Auge 1 einer Vorrichtung mittels eines Ringes oder Hakens mit dem oberen Auge 1 der angehängten Vorrichtung verbunden wird. Aus Zweckmässigkeitsüberlegungen sind alle verwendeten Vorrichtungen gleich ausgeführt, so dass bei gleichem Fluiddruck gleiche Kräfte möglich sind und gleiche Wege resultieren.
Eine zweite erfindungsgemässe Variante ist in Fig. 7 dargestellt, für welche die schematische Darstellungsweise der Fig. 5, 6 übernommen wird. Hier sind, nur im Sinne eines nicht beschränkenden Beispiels, drei Hub- oder Spannvorrichtungen, beispielsweise gemäss Fig. 4, eingesetzt. Die Verbindung zwischen den einzelnen Vorrichtungen wird über Zwischenplatten 14 erzeugt, welche je mit zwei der dreifachen Scharniergelenke 11 verbunden sind. Der maximale Hubweg ist in dieser dargestellten Ausführungsvariante der dreifache einer einzelnen Vorrichtung. Werden n (n = 1,2,3...) einzelne Vorrichtungen, mittels Zwischenplatten 14 verbunden, eingesetzt, so ist der maximale Hubweg
stotmax = n smax.
[0021] Dargestellt und beschrieben sind durchwegs eigentliche Scharniergelenke 3, 5, 11, welche die Platten 4 einerseits mit den Tragteilen 2, andererseits miteinander gelenkig verbinden.
Anstelle von solchen eigentlichen Scharnieren sind natürlich andere Ausbildungsformen von Gelenken sowohl möglich als auch im Erfindungsgedanken mitenthalten. Wesentlich an diesen Gelenken ist, dass die von Platte 4 zu Platte 4, oder von Tragteil 2 zu Platte 4 übertragenen Kräfte auf möglichst die ganze Länge L der Platte verteilt übertragen werden. Anstelle von eigentlichen Scharnieren sind daher auch Biegegelenke aus textilen oder textilarmierten Verbundwerkstoffen möglich. In diesem erweiterten Sinne wird der Begriff Scharnier jedoch beibehalten.
[0022] In Fig. 8 ist eine erfindungsgemässe Ergänzung der Spann- und Hubvorrichtung anhand des ersten Ausführungsbeispiels dargestellt; sie ist jedoch keineswegs auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen einsetzbar.
Die beiden Tragteile 2 sind durch eine Ratscheneinrichtung 15 verbunden. Diese besteht hier aus einem Führungsteil 16 und einer eigentlichen Ratsche 17. Eine in die Zähne der Ratsche 17 eingreifende Klinke ist am freien Ende des Führungsteils 16 angebracht und durch eine Taste 18 auslösbar. Um ungünstige Verwindung der Platten 4 zu vermeiden, ist es vorteilhaft, eine solche Ratscheneinrichtung 15 auf jeder Seite der Tragteile 2 anzubringen. Wird nun ein Gegenstand gehoben oder eine Einrichtung gespannt, und soll der Hub oder die Spannung für einige Zeit bleiben, so kann es unerwünscht sein, dafür den Fluiddruck aufrecht zu erhalten.
[0023] Bei Erreichen des benötigten Hubes oder der benötigten Spannung kann die Ratscheneinrichtung 15 diese Aufgabe übernehmen, und der Fluiddruck kann heruntergefahren werden.
Zum erneuten Entlasten der Ratscheneinrichtung 15, muss die Vorrichtung erneut unter Druck gesetzt werden.
[0024] Andere Ausführungen von Ratscheneinrichtungen sind an sich bekannt, und deren Einsatz an der fluidischen Spann- und Hubeinrichtung ist im Rahmen des unabhängigen Patentanspruches 2 ebenfalls erfindungsgemäss.
The present invention relates to a fluidic tensioning and lifting device according to the preamble of claim 1. Fluidic tensioning and lifting devices are several known. Those of a first group work with hydraulic or pneumatic cylinders, those of a second group work with devices whose dimensions, ie length, width, height, are variable by applying a pressure medium. While the devices of the first group mostly belong to the state of the art and are general engineering knowledge, devices of the second group are known, for example, from WO96 / 35877 (D1) or EP 0 123 558 (D2).
Lifting and tensioning devices with fluidic cylinders are so well known and widespread that a characterization of their properties, advantages and disadvantages, may be omitted here.
The devices of the second group mentioned have in common that - usually with aramid fibers - armored hollow body made of an elastic plastic is used.
Its change in volume and shape is translated into a path change, and this path change can be used for lifting or cocking.
Such called hollow body are expensive to manufacture and therefore expensive, also vulnerable, especially in rough use and operation.
The object of the present invention is to provide a tensioning and lifting device, which is easy to manufacture and maintain, resistant even in rough operation, and their sensitive parts are simple and inexpensive to manufacture and replace.
The solution of the problem is reflected in the characterizing part of claim 1 in terms of their essential features in the other claims with respect to further advantageous embodiments.
The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings.
Show it
<Tb> FIG. 1 <sep> is a side view of a first embodiment,
<Tb> FIG. 2 <sep> is a frontal view of the first embodiment,
<Tb> FIG. 3 <sep> is a frontal view of the first embodiment in the operating state,
<Tb> FIG. 4 <sep> is a frontal view of a second embodiment,
<Tb> FIG. 5 <sep> is a schematic frontal view of the second embodiment with an addition,
<Tb> FIG. 6 <sep> is a schematic frontal view of a third embodiment,
<Tb> FIG. 7 <sep> is a schematic frontal view of a fourth embodiment,
<Tb> FIG. 8 <sep> is a frontal view of the first embodiment with a further addition,
<Tb> FIG. 9 <sep> a representation of the relationship of dimensions and forces.
Fig. 1 shows a first embodiment of the inventive device in a side view, Fig. 2 shows the same device in a front view. The device is designed here for the attack of point loads. For this purpose, the device has two opposing eyes 1 for hook hooking (not shown). The forces acting on the eyes 1 are each derived from a support member 2. The support members 2 each have, for example, two outer hinge joints 3, on each of which a plate 4 is articulated. Of the four plates 4 are each in turn hinged in a respective middle hinge joint 5 such that a substantially diamond-shaped movable device is formed.
The two outer hinge joints 3 of each support member 2 are connected for example by a respective web 6. In the state of the device shown in FIGS. 1 and 2, the four plates 4 and the two webs 6 form an elongate, substantially rectangular cavity 7, in which a hollow body 20, for example a casing 8, is inserted. This is made of a little stretchy textile material and, except for an opening for a valve 9, closed on all sides. Inside the envelope 8 is a connected to the valve 9 bubble 10 made of an elastic plastic. Now, if the bladder 10 with a pressure medium, air, water or hydraulic oil, acted upon, it expands until it completely fills the cavity 7. Subsequently, she presses the shell 8 against the plates. 4
In this case, the device according to Fig. 1, 2 assumes the shape shown in Fig. 3: The two central hinge joints 5 are pressed apart, and the two pairs of outer hinge joints 3 approach each other. Thus, of course, the distance between the two eyes shortened 1. If the upper eye 1 hangs on a fixed frame, the lower eye 1 can lift a load. Of course, with the device, a cable can be stretched or a corresponding task can be solved.
Instead of a textile sheath 8 with an inserted fluid-tight bladder 10 can also - using combination of the functions of the two elements mentioned - as a hollow body 20, a textile-reinforced bladder 10 are used.
In Fig. 4 is a front view of a second embodiment of the inventive device.
Here the two outer hinge joints 3 of each side are combined in a triple hinge joint 11.
The task of the cavity 7 in both embodiments is to leave the shell 8 and the bladder 10 in the unpressurized state and under load enough space, so that these elements are not crushed. This can of course also be provided by a different shape of the plates 4.
5 is a schematic representation of the embodiment according to FIG. 4. As an additive according to the invention, it has a tension spring 12 which connects the two central hinge joints 5. This ensures even in the unloaded state of the device that this has the intended initial position.
The embodiment according to FIG. 6 is designed to be complementary to those according to FIGS. 1 to 5.
Here, thrust forces can be exerted, for which purpose the supporting parts 2 are fastened to the middle hinge joints 5 and the hinge joints 5 are designed as triple. Instead of eyes 1, the support members 2 are then connected to thrust plates 13. The force acting on the eyes 1 or the thrust plates 13 is for elementary reasons proportional to the pressure in the bladder 10. Because of the generally valid relationship
F = p A where
F = force effect [N]
p = pressure [N / m <2>]
A = area [m <2>]
it is also proportional to the area of the plates 4.
This can be influenced by the dimensions entered in Fig. 1: L for the length of the plates 4, d for the distance of the hinge joints 3, 5, since
A = 4 L x d
The concrete relationship between the dimensions of the plates 4, the fluid pressure and the force generated is obtained for example by the following approach, which is supported by Fig. 9:
In the interior of the hollow body 20, which fills the whole defined by the four plates 4 volume V, there is a pressure p.
At the two supporting parts shown schematically each engages a force F, which is compensated by the force of the clamping and lifting device and therefore this is the same.
From the energy law results for the energy contained in the compressed gas U
U = p V,
where for the volume V:
V = 2d <2> sin 2
Thus, the force F on the local derivative
<EMI ID = 2.0>
the energy to be gained:
<EMI ID = 3.0>
Of course, other possible approaches lead to the same result, with each other other parametric representations are possible.
The influence of the stroke results from the following considerations: For a given transverse dimension d of the plates 4, the maximum stroke smax.
<EMI ID = 4.0>
If, therefore, smax is to be increased, the stroke is proportional to d when the value of d is increased, but the volume of fluid required (at unchanged length L) is proportional to d <2>.
By series connection of several devices according to one of the described embodiments, the entire stroke is
<EMI ID = 5.0>
However, the required amount of fluid VFl also only proportional to
VFl ¯ (d1 + d2 + ... dn),
if all devices used - conveniently - have the same length.
The mentioned series connection of several devices is done for example so that in each case the lower eye 1 of a device is connected by means of a ring or hook with the upper eye 1 of the attached device. For convenience considerations, all devices used are the same, so that equal forces are possible with the same fluid pressure and result in equal paths.
A second variant according to the invention is shown in FIG. 7, for which the schematic representation of FIGS. 5, 6 is adopted. Here, only in the sense of a non-limiting example, three lifting or clamping devices, for example according to FIG. 4, are used. The connection between the individual devices is generated via intermediate plates 14, which are each connected to two of the triple hinge joints 11. The maximum stroke is in this illustrated embodiment, the triple of a single device. If n (n = 1,2,3 ...) individual devices, connected by means of intermediate plates 14, used, so is the maximum stroke
stot max = n smax.
Shown and described throughout are actual hinge joints 3, 5, 11, which connect the plates 4 on the one hand with the support members 2, on the other hand hinged together.
Instead of such actual hinges of course, other forms of joint training are both possible and mitenthalten in the spirit of the invention. It is essential in these joints that the forces transmitted from plate 4 to plate 4, or from carrier part 2 to plate 4, are transmitted to as much as possible the entire length L of the plate. Instead of actual hinges and bending joints of textile or textile-reinforced composite materials are therefore possible. However, in this broader sense, the term hinge is retained.
In Fig. 8 an inventive supplement of the tensioning and lifting device is illustrated with reference to the first embodiment; However, it is by no means limited to this embodiment, but used in all illustrated embodiments.
The two supporting parts 2 are connected by a ratchet device 15. This consists here of a guide member 16 and a proper ratchet 17. A in the teeth of the ratchet 17 engaging pawl is attached to the free end of the guide member 16 and triggered by a button 18. To avoid unfavorable distortion of the plates 4, it is advantageous to attach such a ratchet device 15 on each side of the support members 2. Now, if an item is lifted or a device stretched, and should the hub or the voltage remain for some time, it may be undesirable to maintain the fluid pressure for it.
Upon reaching the required stroke or the required voltage, the ratchet device 15 can take over this task, and the fluid pressure can be shut down.
To relieve the ratchet device 15 again, the device must be re-pressurized.
Other versions of ratchet devices are known per se, and their use of the fluidic tensioning and lifting device is also within the scope of the independent claim 2 according to the invention.