DE102008060900A1

DE102008060900A1 - Vorrichtung mit fluidischem Soft-Schwenkantrieb

Info

Publication number: DE102008060900A1
Application number: DE102008060900A
Authority: DE
Inventors: Oleg Dr. Ivlev
Original assignee: FWBI FRIEDRICH WILHELM BESSEL; Fwbi Friedrich-Wilhelm-Bessel-Institut Forschungsgesellschaft mbH
Current assignee: FWBI FRIEDRICH WILHELM BESSEL; Fwbi Friedrich-Wilhelm-Bessel-Institut Forschungsgesellschaft mbH
Priority date: 2008-12-09
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2010-06-10
Anticipated expiration: 2028-12-10
Also published as: DE102008060900B4

Abstract

Eine Vorrichtung mit einem mittels Fluid beaufschlagbarer, schlauchartiger Arbeitskammer (13) ist so ausgebildet, dass die zu bewegenden, insbesondere in einem Gelenk (12) miteinander verbundenen Bauteile (10, 11) in einer Neutralstellung unter einem Winkel von 90° oder kleiner angeordnet und in der Endstellung in eine Strecklage bzw. annähernd in eine Strecklage bewegt sind, bei ebenfalls gestreckter Arbeitskammer (13).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit mindestens einem bewegbaren, insbesondere schwenkbaren Organ oder Bauteil, welches über ein Gelenk mit einem zweiten, feststehenden oder schwenkbaren Organ oder Bauteil verbunden ist, wobei das bewegbare Organ/Bauteil durch eine mittels Fluid beaufschlagbare, verformbare, als Hohlkörper ausgebildete Arbeitskammer bewegbar, insbesondere schwenkbar ist und Enden der langgestreckten, insbesondere schlauchförmigen Arbeitskammer mit dem einen und mit dem anderen Organe bzw. Bauteil verbunden sind.
Ein fluidischer Schwenkantrieb für zwei durch ein Gelenk miteinander verbundene Bauteile ist bekannt durch DE 102 22 022 64 . Bei diesem Stand der Technik besteht das Betätigungsorgan aus einem dehnstarren Schlauch als Arbeitskammer. Die Enden der Arbeitskammer sind mit dem einen und mit dem anderen Bauteil verbunden. Die Länge der schlauchförmigen Arbeitskammer ist beträchtlich größer als der Abstand zwischen den beiden Befestigungsstellen an den Bauteilen. Dadurch wird ein beträchtlicher Teil der von der Arbeitskammer übertragenen Kräfte nicht in eine Dreh- bzw. Schwenkbewegung umgesetzt, sondern als Zugkraft auf die Bauteile übertragen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Vorrichtungen der Eingangs genannten Art eine verbesserte Übertragung von Kräften durch das Betätigungsorgan bzw. durch die verformbare Arbeitskammer auf die Bauteile zu erzielen, sodass größere Drehmomente erzeugt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Vorrichtung durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

a) der Abstand zwischen Befestigungsstellen der Arbeitskammer mit den Organen bzw. Bauteilen entspricht (annähernd) der (wirksamen) Länge der Arbeitskammer,
b) die Arbeitskammer weist mindestens eine Knickstelle auf, die dem Gelenk zugekehrt ist.

Durch die erfindungsgemäße räumliche Anordnung der verformbaren Arbeitskammer sowie durch deren Form in der Knickstellung wird eine optimale Kraftübertragung auf die Bauteile erreicht.
Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung der bewegbaren Bauteile in einer Kreuzstruktur mit mindestens einem gemeinsamen Gelenk. Die bewegbaren Bauteile bilden Kreuzarme, wobei mindestens eine fluidische Arbeitskammer zwischen zwei benachbarten Kreuzarmen angebracht ist. Durch zusätzliche, entsprechend positionierte Arbeitskammern ist eine entsprechende Erhöhung der Betätigungskräfte sowie eine gegenläufige Kraftübertragung auf die Kreuzarme möglich.
Eine weitere Ausführung der Erfindung ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

a) die bewegbaren Bauteile, Glieder, insbesondere Arme, Kreuzarme, rahmenförmige Bauteile sind in einer Ausgangsstellung unter einem Winkel zueinander gerichtet, insbesondere unter einem Winkel von (etwa) 90° oder unter einem spitzen Winkel,
b) durch Einführen des Fluids unter Druck in die Arbeitskammer sind die Bauteile, Glieder bis (annähernd) in eine Strecklage schwenkbar,
c) in der Endstellung der Bauteile, Glieder, insbesondere in der (angenäherten) Strecklage befindet sich Die Arbeitskammer aufgrund des unter Druck eingeführten Fluids in einer (angenäherten) Strecklage.

In zusammengefalteter Stellung ist eine Biegestelle des Betätigungsorgans bzw. der Arbeitskammer zum Gelenk gerichtet. Dies wird durch entsprechende Ausbildung der schlauchförmigen Arbeitskammer und/oder durch (mechanische) Organe erreicht, die beim Einfalten der Arbeitskammer wirksam werden.
Gemäß einer Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann diese mehrere, separat oder in Reihe beaufschlagbare Arbeitskammern mit je mindestens einem Fluidkanal für die Zuführung und/oder Ableitung eines Arbeitsfluids versehen sind. Die mehreren Arbeitskammern können bei Beaufschlagung mittels Fluid gleichgerichtete oder einander entgegengesetzte Betätigungskräfte auf die Bauteile, Arme bzw. Hebel übertragen. Diese Ausführung mit mehreren Arbeitskammern ist besonders vorteilhaft bei kreuzförmig angeordneten, durch Gelenk miteinander verbundenen Bauteilen bzw. Armen oder Hebeln.
Eine weitere Besonderheit der Erfindung ist die Anordnung der schlauchförmigen Arbeitskammer derart, dass dieses doppelte oder mehrfache Länge aufweist aufgrund einer den Durchtritt des Fluids ermöglichenden Umlenkung des Betätigungsorgans.
Schließlich ist bei der Erfindung die Betätigung eines räumlichen Bauteils möglich mit quer zueinander angeordneten Bewegungs- bzw. Schwenkebenen der Bauteile, insbesondere in der Ausführung als Zwei-Achsen-Gelenk.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine einfache Vorrichtung mit Arbeitskammer in schematischer Seitenansicht, in Strecklage,
2 die Vorrichtung gemäß 1 in einer möglichen Ausgangsstellung,
3 die Vorrichtung in einer Zwischenstellung,
4 die Vorrichtung in einer durch Kraftaufwendung bewirkten Endstellung,
5 eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß 1 bis 4 in Seitenansicht und Grundriss, in Strecklage,
6 die Vorrichtung gemäß 5 in Ausgangsstellung der Bauteile,
7 eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung mit zwei Arbeitskammern,
8 die Vorrichtung gemäß 7 in einer Endstellung,
9 eine Weiterentwicklung der Vorrichtung mit zwei Paaren von Arbeitskammern in antagonistischer Anordnung,
10 eine Vorrichtung mit hinsichtlich der wirksamen Länge vergrößerten Arbeitskammern,
11 eine Vorrichtung mit einem Führungsorgan,
12 die Vorrichtung gemäß 11 in Queransicht,
13 die Vorrichtung gemäß 11, 12 in einer kraftbetätigten Endstellung,
14 eine Darstellung entsprechend 13 einer anderen Betätigung,
15 eine Vorrichtung mit paarweise nebeneinander angeordneten Arbeitskammern,
16 die Vorrichtung gemäß 15 in einer Endstellung,
17 eine Vorrichtung mit Arbeitskammern doppelter Länge,
18 eine Alternative zu 17 mit nochmals vergrößerter Wirklänge von Arbeitskammern,
19 eine Vorrichtung mit Anschlussorganen,
20 zwei Endstellungen der Vorrichtung gemäß 19,
21 eine Vorrichtung mit ineinander angeordneten, beweglichen Tragteilen und Anschlüssen an diesen in perspektivischer Darstellung,
22 eine Vorrichtung mit um zwei Achsen bewegbaren Bauteilen in perspektivischer Darstellung,
23 die Vorrichtung gemäß 22 in Seitenansicht.
Es geht um die Betätigung von bewegbaren Bauteilen, die insbesondere schwenkbar miteinander verbunden sind. In einfacher Ausführung handelt es sich dabei um Hebel bzw. Arme 10, 11. Die hier gleichlangen Arme 10, 11 sind im Bereich eines Gelenks 12 schwenkbar miteinander verbunden. Bei den Armen 10, 11 kann es sich um bewegbare Teile eines Roboters, aber auch um Organe bzw. Bauteile medizinischer Hilfsvorrichtungen handeln.
Die Bauteile bzw. Arme 10, 11 werden durch mindestens eine Arbeitskammer 13 als Betätigungsorgan zur Durchführung von Schwenkbewegungen beaufschlagt. Die Arbeitskammer 13 ist in bevorzugter Ausführung als schlauchförmiger, biegeelastischer Hohlkörper ausgebildet, nachfolgend als Arbeitskammer 13 bezeichnet. Der Schlauch besteht vorzugsweise aus Gummi oder Kunststoff mit einer Armierung, sodass das Material nicht dehnbar ist. Geeignet sind standardmäßige Feuerwehrschläuche.
Die Arbeitskammer 13 ist ein von Haus aus beidendig offenes Schlauchstück, welches mit den Enden an dem einen Arm 10 einerseits und dem anderen Arm 11 andererseits befestigt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 4 sind Schlauchenden 14, 15 mit Verbindungsstücken 16 an dem Arm 10, 11 befestigt, und zwar seitlich versetzt. Die Verbindungsstücke 16 sind zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass sie zugleich einen dichten Verschluss der Schlauchenden 14, 15 bewirken. Alternativ können die Schlauchenden 14, 15 durch eigenständige Verschlussmittel dicht verschlossen sein.
Die Arbeitskammer 13 ist mit einem Fluid beaufschlagbar, also einem gasförmigen oder flüssigen Medium. Das Fluid wird über einen Fluidkanal 17 in die Arbeitskammer 13 unter Druck eingeführt. Der Fluidkanal 17, eine Fluidleitung, tritt über ein Schlauchende 14 in die Arbeitskammer 13 ein, insbesondere über ein entsprechend ausgebildetes Verbindungsstück 16. Die Ableitung des Fluids aus der Arbeitskammer 13 kann über den Fluidkanal 17 oder über einen anderen Ausgang erfolgen.
Die Vorrichtung mit den schwenkbaren Bauteilen ist durch die Arbeitskammer 13 im Sinne einer Schwenkbewegung verstellbar. Eine mögliche Ausgangs- bzw. Endstellung ist in 2 gezeigt. Die Arme 10, 11 sind unter einem spitzen Winkel zueinander angeordnet. Durch Zuführen des Fluids werden die Arme 10, 11 in eine rechtwinklige Zwischenstellung (3) und schließlich in eine Endstellung (4) verschwenkt. In dieser Endstellung ist die Arbeitskammer 13 vollständig und unter Druck (vorzugsweise etwa 6 at) mit dem Fluid gefüllt.
Die geometrischen Wechselbeziehungen sind eine Besonderheit. Die Arbeitskammer 13 ist so bemessen und mit den Armen 10, 11 verbunden, dass in der Strecklage der Arbeitskammer 13 die Arme 10, 11 ebenfalls (etwa) in Strecklage bewegt sind. Der Abstand 18 der Befestigungsstellen der Arbeitskammer 13, also der Verbindungsstücke 16 voneinander, entspricht etwa der Länge 19 der Arbeitskammer 13. Weiterhin ist von Bedeutung, dass in der (entspannten) Ausgangsstellung die Arme 10, 11 unter einem Winkel vom 90° oder weniger zu einander gerichtet sind. Bei der Entfaltung der Arbeitskammer 13 aus der (Knick-)Stellung gemäß 2 bis in die gemäß 4 ist eine optimale Kraftübertragung gewährleistet, ohne die Übertragung von Zugkräften auf die Arme 10, 11. Die Befestigungsstellen für die Arbeitskammer 13, also die Verbindungsstücke 16, sind vorzugsweise etwa mit gleichen Abständen von dem Gelenk 12 angeordnet.
Für die Durchführung von Schwenkbewegungen mit Hilfe der schlauchförmigen Arbeitskammer 13 ist von Bedeutung, dass diese mindestens eine dem Gelenk 12 zugekehrte Knickstelle 84 aufweist. Diese ist dem Gelenk 12 zugekehrt und befindet sich zweckmäßigerweise in geringem Abstand von dem Gelenk 12, ragt also nicht über das Gelenk 12 hinaus. Die Knickstelle 84 kann durch entsprechende Ausgestaltung der schlauchförmigen Arbeitskammer 13 oder durch (mechanische) Hilfsmittel entstehen.
In 5 und 6 sind unterschiedliche Ansichten und Stellungen einer Vorrichtung mit zwei gelenkig miteinander verbundenen Bauteilen gezeigt, und zwar mit (Doppel-)Armen 10, 11, die je aus Teilarmen 20, 21 bestehen. Diese sind im Abstand voneinander angeordnet, sodass das Betätigungsorgan, also die Arbeitskammer 13, zwischen den parallelen Teilarmen 20, 21 gelagert sein kann. Ein Verbindungsstück besteht hier aus quergerich teten Streben 22, 23, die die Teilarme 20, 21 miteinander verbinden und zugleich als Kupplungs- und Schließteil für die Arbeitskammer 13 dienen. Je zwei Teilarme 20, 21 sind zu beiden Seiten der Arbeitskammer 13 durch ein Gelenk 12 miteinander verbunden. Eine mögliche Ausgangsstellung ist in 6 gezeigt, nämlich die Anordnung der Teilarme 20 einerseits und 21 andererseits unter einem spitzen Winkel zueinander. Die Proportionen bzw. Abmessungen entsprechen dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 4.
7 und 8 zeigen eine Vorrichtung, bei der mehrere, nämlich zwei biegeelastische Betätigungsorgane wirksam werden, nämlich zwei Arbeitskammern 24, 25. Diese sind an gelenkig miteinander verbundenen Armen angebracht, derart, dass bei Zuführung eines Fluids zu beiden Arbeitskammern 24, 25 eine entsprechend höhere (doppelte) Betätigungskraft wirksam wird. Die Arme sind zu diesem Zweck als Kreuzarme 26, 27 ausgebildet bzw. angeordnet mit einem etwa mittigen (Kreuz-)Gelenk 12. Die Kreuzarme 26, 27 sind vorzugsweise mit gleicher Länge ausgebildet bei mittiger Anordnung des Gelenks 12. Die beiden Arbeitskammern 24, 25 sind so angeordnet, dass sich deren Betätigungskraft addiert. Die Arbeitskammer 24 ist deshalb mit Endbereichen von Armstücken 28 und 29 beider Kreuzarme 26, 27 verbunden. In analoger Weise ist die Arbeitskammer 25 an Armstücken 30, 31 derselben Kreuzarme 26, 27 angebracht.
In der Ausgangsstellung dieser Vorrichtung können die Arme bzw. Kreuzarme 26, 27 in 90°-Stellung angeordnet sein. Es ist aber auch eine spitzwinklige Ausgangsstellung möglich, analog zu 2. Die Endstellung ergibt sich aus 8, wobei die Kreuzarme 26, 27 unter einem spitzen Winkel zueinander gerichtet sind. Die Zuführung des Fluids kann über jede Arbeitskammer 24, 25 zugeordnete Fluidkanäle 17 erfolgen (7). Alternativ kann ein zu einer ersten Arbeitskammer 24 führender Fluidkanal 17 mit einem Abzweigungskanal 32 versehen sein, der zu dem entsprechenden Ende der anderen Arbeitskammer 25 führt (8).
Die Bauteile des Schwenkantriebs, also die Arme 10, 11 bzw. 26, 27 können aufgrund entsprechender Anordnung der Arbeitskammern antagonistisch Betätigungskräfte auf die Bauteile übertragen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 sind in entgegengesetzte Richtungen wirkende Arbeitskammern bei einer kreuzförmigen Vorrichtung mit Kreuzarmen 26, 27 angeordnet. Je zwei Arbeitskammern 24, 25 wirken in eine Stellrichtung und zwei andere Arbeitskammern 33, 34 in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung jeweils auf relativ zueinander bewegbare Bauteile. Die diesen zugeordneten Arbeitskammern 24, 25 einerseits und 33, 34 andererseits werden über Fluidkanäle 17, 32 in der im Zusammenhang mit 8 beschriebenen Weise versorgt. Die Schlauchenden 14, 15 sind durch besondere Verbindungsstücke 16 mit den Armstücken 28, 29; 30, 31 verbunden, nämlich derart, dass ein gemeinsames Verbindungsstück 16 Schlauchenden 14, 15 zweier Arbeitskammern 24, 25; 33, 34 mit dem gemeinsamen Armstück 28...31 verbindet.
9 zeigt eine mögliche Ausgangsstellung dieser Vorrichtung. Es ist aber auch eine Ausgangsstellung denkbar, in der zwei einander zugeordnete Arbeitskammern entsprechend 2 oder entsprechend 6 und die gegenüberliegenden Arbeitskammern etwa nach Maßgabe von 1 angeordnet sind. Bei einer druckbelasteten Endstellung befinden sich je zwei Arbeitskammern in einer Position entsprechend 8 und zwei andere, entlastete bzw. fluidfreie Arbeitskammern zwischen den unter einem spitzen Winkel zueinander angeordneten Armstücken 28...31, also in eine Falt- bzw. Knickstellung.
10 zeigt eine andere Möglichkeit für die Ausbildung der Arbeitskammern, und zwar und funktionaler Anordnung entsprechend 9. Alle Arbeitskammern 24, 25; 33, 34 bestehen aus einem einzigen, durchgehenden bzw. einstückigen schlauchförmigen Gebilde mit zwei Schlauchenden 35, 36, die durch ein gemeinsames Verbindungsstück 37 an einem Kreuzarm 27 bzw. an einem Armstück 28 an gegenüberliegenden Seiten verankert sind. Das Verbindungsstück 37 ist so ausgebildet, dass an beiden Enden 35, 36 ein Fluidkanal 17 in das Betätigungsorgan führt. Im Bereich der Armstücke 29, 30, 31 ist die durchgehende Arbeitskammer um die Enden der Armestücke 29, 30, 31 herumgeführt und mit einem Formstück 38 fixiert unter gleichzeitiger Schaffung von verschlossenen Enden der so gebildeten Arbeitskammern 24, 25 bzw. 33, 34 durch Fest- bzw. Abklemmen der Arbeitskammer. Die Versorgung der jeweils nicht unmittelbar an den Fluidkanal 17 angeschlossenen Bereiche der Arbeitskammer erfolgt über besondere Verbindungskanäle 39, 40, die an die unmittelbar mit Fluid versorgten Arbeitskammern 24, 34 anschließen und zu der jeweils gleichsinnig beaufschlagten, also funktional zugeordneten Arbeitskammer 25 bzw. 33 führen.
11 bis 14 zeigen Einzelheiten bzw. unterschiedliche Funktionssituationen einer Vorrichtung mit mehreren Arbeitskammern 24, 25 bzw. 33, 34 bei einem kreuzförmigen Bauteil mit Kreuzarmen 26, 27, also analog zu 9. Den Schlauchenden 14, 15 sind bei diesem Ausführungsbeispiel gesonderte Fluidkanäle 17 zugeordnet, sodass jede Arbeitskammer 24, 25; 33, 34 individuell mit Fluid beaufschlagt werden kann. Durch die unterschiedlichen Pfeile ist die funktionale Zuordnung der jeweils in derselben Kraftrichtung wirkenden Arbeitskammern 24, 25 einerseits und 33, 34 andererseits ge kennzeichnet. Das bewegbare bzw. verstellbare Bauteil, also ein Gelenkkreuz, ist räumlich gestaltet bzw. besteht aus rahmenförmig ausgebildeten Kreuzarmen 26, 27. Jeder dieser rahmenartigen Kreuzarme 26, 27 besteht aus zwei im Abstand voneinander angeordneten Längsstreben 41, 42 und diese an den Enden miteinander verbindenden Querstreben 43, 44. Die Verankerung der Schlauchenden 14, 15 erfolgt hier im Bereich der Querstreben 43, 44. Die Verbindungsstücke 16 sind als Befestigungsleisten ausgebildet. in 12 ist der aufrechte Kreuzarm 26 sichtbar. Der quergerichtete Kreuzarm 27 ist ebenfalls als Rahmen ausgebildet, analog zu dem Kreuzarm 26. Der rahmenförmige Kreuzarm 27 ist aufgrund entsprechender Abmessung zwischen den Längsstreben 41, 42 des Kreuzarms 26 gelagert. Die beiden rahmenförmigen Gebilde sind um eine das Gelenk 12 bildende Achse 45 schwenkbar.
Eine Besonderheit ist ein (mechanisches) Organ zur Führung bzw. Stützung der schlauchförmigen Arbeitskammern 24, 25; 33, 34. Insbesondere geht es um ein korrektes Einfalten der nicht mit Fluid beaufschlagten Arbeitskammern in die Faltstellung gemäß 2, 3. Hierzu ist jeder Arbeitskammer 24, 25; 33, 34 ein Druck- bzw. Knickorgan zugeordnet, hier in der Ausführung einer quergerichteten Druckstange 46. Jede Druckstange 46 liegt etwa mittig an einer Arbeitskammer, also zwischen den Verbindungsstücken 16. Die vier Druckstangen 46 sind durch ein Traggestell miteinander verbunden, nämlich durch Verbindungsstreben 47, 48. Diese sind an den beiden Enden der Druckstangen 46 angeordnet und bilden bei gleicher Länge in Ausgangsstellung eine quadratische Formation (11). Die Verbindungsstreben 47, 48 liegen aufgrund entsprechender Abmessung der Druckstangen 46 außerhalb des Bereichs der rahmenförmigen Kreuzarme 26, 27.
Die Druckstangen 46 liegen an der Außenseite der mit Fluid beaufschlagten Arbeitskammern 24, 25 (13) oder der fluidfreien Arbeitskammern 33, 34 (14) an. Die Druckstangen 46 bewirken, dass die entlasteten bzw. nicht mit Fluid beaufschlagten Arbeitskammern exakt in eine Knickstellung gelangen, entsprechend beispielsweise 2. Diese genaue Formgebung der Arbeitskammern wird aufgrund der Anordnung und Abmessung des Führungsorgans 46, 47, 48 selbsttätig bewirkt.
15 bis 18 befassen sich mit Weiterentwicklungen, bei denen erhöhte Betätigungskräfte bei vorgegebener Abmessung der Bauteile aufgrund verbesserter Ausbildung und/oder Anordnung der Betätigungsorgane erreicht wird. Bei der Vorrichtung gemäß 15, 16 wird ebenfalls ein rahmenartiges Bauteil eingesetzt, nämlich ein Rahmenkreuz mit den rahmenförmigen Kreuzarmen 26, 27, analog zu 11, 12. Die Besonderheit besteht darin, dass jedes Betätigungsorgan aus mehreren, hier aus zwei nebeneinanderliegenden Einzelschläuchen 49, 50 besteht, die unmittelbar bzw. mit geringem Abstand nebeneinander verlaufen und zusammen die Funktion einer Arbeitskammer 24, 25 bzw. 33, 34 übernehmen. Jedem Einzelschlauch 49, 50 ist ein Fluidkanal 51, 52 zugeordnet. Es können beide nebeneinanderliegenden Einzelschläuche 49, 50 gemeinsam bzw. gleichzeitig mit Fluid beaufschlagt werden. Es kann aber auch – bei Erzeugung einer entsprechend reduzierten Kraft – lediglich ein Einzelschlauch 49, 50 mit Fluid versorgt werden. Schlauchenden 14, 15 der beiden nebeneinanderliegenden Einzelschläuche 49, 50 können durch gesonderte Verbindungsstücke 16 oder durch ein gemeinsames Verbindungsstück 16, wie gezeigt, mit dem Armstück 28...31 verbunden sein.
Bei den Vorrichtungen gemäß 17 und 18 wird eine erhöhte Stellkraft durch das Betätigungsorgan bzw. der jeweiligen Arbeitskammer durch eine Erweiterung, nämlich Verlängerung des wirksamen Hohlraums zur Aufnahme des Fluids bewirkt. Bei der Ausführung gemäß 17 sind die diagonal gegenüberliegend angeordneten, also mit gleicher Kraftrichtung wirkende Arbeitskammern 53, 54 mit mehrfacher bzw. doppelter Länge ausgebildet, wobei zwei zusammenwirkende Schlauchabschnitte 55, 56 ein einstückiges, zusammenhängendes schlauchförmiges Betätigungsorgan bilden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Enden der Arbeitskammer 53, 54 an den Enden des horizontalen Kreuzarms 27 verankert, und zwar durch ein Verbindungsstück 16 in der Ausführung mit einem Fluidkanal 17 und einem zusätzlichen Verbindungsstück 57 zum Fixieren und Verschließen eines Schlauchendes des (äußeren) Schlauchabschnitts 55.
Die beiden Schlauchabschnitte 55, 56 bilden eine Umlenkung 58, die so ausgebildet ist, dass der Durchtritt des Fluids von einem Schlauchabschnitt zum anderen Schlauchabschnitt ermöglicht ist. Die durchgehende Arbeitskammer 53, 54 wird um einen Umlenkbolzen 59 als Umlenkorgan herumgeführt. Der Umlenkbolzen 59 ist Teil einer am Ende des Kreuzarms 26 angebrachten Halters 60. Bei der Zuführung von Fluid unter Druck in die Arbeitskammer 53, 54 werden beiden Schlauchabschnitte 55, 56 im Sinne der beschriebenen Ausführungsbeispiele verformt und in eine (annähernde) Strecklage gebracht.
18 zeigt ein Beispiel analog zu 17, bei dem jede Arbeitskammer 53, 54 aus drei Schlauchabschnitten 55, 56, 61 besteht. Auch die mehrfach umgelenkten Arbeitskammern 53, 54 können, wie gezeigt, gegenüberliegend angeordnet und mit gleichgerichteter Betätigungskraft wirksam sein oder – analog zu 11 – in beide Bewegungsrichtungen wirkend angeordnet sein.
19 und 20 zeigen schematisch ein Beispiel für die Übertragung von Bewegungen und Kräften auf Vorrichtungsorgane, insbesondere Streben 62, die an die Kreuzarme 26, 27 eines kreuzförmigen Organs anschließen. In 20 werden die denkbaren Endstellungen von zwei derartigen Streben 62 gezeigt. Bei der Ausbildung der Kreuzarme 26, 27 als rahmenartige Tragwerke (12) können die zu bewegenden bzw. zu beaufschlagenden Organe der Vorrichtung an den Querstreben 43, 44, aber auch an den Längsstreben 41, 42, also an geeigneter Stelle der durch die Betätigungsorgane bewegten Konstruktionsteile angebracht werden.
21 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit um eine (Quer-)Achse 85 schwenkbaren Bauteilen. Ein Innenteil ist als Rahmen 86 ausgebildet mit mindestens einer Querstrebe 87. An dieser ist ein anschließendes Konstruktionsteil angebracht, nämlich ein bewegbarer Flansch 88. Das zweite Konstruktionsteil ist ein unbeweglicher Rahmen bzw. Stator 89 mit Tragwänden 90, an denen der Rahmen 86 schwenkbar gelagert ist. Der Rahmen 86 ist innerhalb des Stators 89 schwenkbar. Ein Gegen-Konstruktionsteil, nämlich ein (unbeweglicher) Flansch 91 ist am Stator 89 angebracht, nämlich an einer Querstrebe 92. Der Stator 89 weist – etwa in Höhe der Achse 85 – Tragstreben 93, 94 auf. An diesen sind (nicht gezeigte) Arbeitskammern befestigt, und zwar am Rahmen 86 einerseits und am Stator 89 andererseits. Die Anbringung entspricht den beschriebenen Ausführungsbeispielen, insbesondere in der Ausführung eines Kreuz-Tragwerks.
22 und 23 zeigen schematische Darstellungen einer mittels Fluid betätigten Vorrichtung mit zwei quer zueinander gerichteten (räumlichen) Drehachsen 63, 64. Die Vorrichtung besteht hier aus einem (mittigen, zentralen) Tragteil in der Ausführung als Tragrahmen 65 und an diesem angebrachten schwenkbaren Bewegungsorganen in der Ausführung als schwenkbare Halbrahmen 66, 67. Diese bewegbaren Bauteile sind einerseits um die Drehachse 63 und andererseits um die Drehachse 64 schwenkbar. Der Bewegungsbereich erstreckt sich zwischen Endstellungen der Halbrahmen 66, 67. In 22 und 23 sind die mittleren, neutralen Stellungen gezeigt. An den bewegbaren Tragteilen, nämlich Halbrahmen 66, 67, können zu betätigende Organe angeschlossen sein, die im vorliegenden Falle schematisch bzw. symbolisch als ringförmige Anschlussflansche 68, 69 gezeigt.
Der beispielsweise in aufrechter Ebene angeordnete Tragrahmen 65 besteht aus oberen und unteren (horizontalen) Rahmenstreben 70, 71 und aus mit diesen verbundenen aufrechten Rahmenstreben 72, 73. Jeder Halbrahmen 66, 67 besteht aus (zwei) Schwenkstreben 74, 75 und einer Tragstrebe 76, an der vorzugsweise die zu beaufschlagenden Vorrichtungsorgane angebracht sind. Die Enden der Schwenkstreben 74, 75 sind – etwa mittig – mit dem Tragrahmen 65 verbunden unter Bildung der Drehachse 63 einerseits und 64 andererseits. Der Halbrahmen 66 ist demnach vertikaler und der Halbrahmen 67 in horizontaler Richtung bewegbar.
In besonderer Weise sind die fluidischen Betätigungsorgane angebracht, nämlich Arbeitskammern 77, 78 bzw. 79. Diese sind einerseits mit dem Tragrahmen 65 verbunden, nämlich mit den Rahmenstreben 70 und/oder 71 und andererseits mit den Rahmenstreben 72 und/oder 73. Schlauchenden 80, 81 der Arbeitskammern 77, 78 sind mit der (horizontalen) Rahmenstrebe 70 oder der Rahmenstrebe 71 verbunden. Die anderen Schlauchenden 82, 83 sind am Halbrahmen 66 angebracht, nämlich an der quergerichteten Tragstrebe 76. Es sind hier mehrere nebeneinanderliegende Arbeitskammern, insbesondere jeweils drei Arbeitskammern 77 oder 78 vorgesehen. Beide Gruppen von Arbeitskammern 77, 78 sind über Fluidkanäle 17 mit einem Fluid beaufschlagbar, und zwar alternativ, je nach Bewegungsrichtung. Der Halbrahmen 66 wird bei Beaufschlagung der Arbeitskammern 77 im Sinne einer abwärtsgerichteten Schwenkbewegung verstellt, und zwar bis zu einer Stellung unter einem spitzen Winkel zum Tragrahmen 65. Bei Beaufschlagung der Arbeitskammern 78 (und Entlastung der Arbeitskammern 77) wird eine entsprechende aufwärtsgerichtete Schwenkbewegung des Halbrahmens 66 ausgelöst. Ein so ausgebildetes fluidisch betätigtes Gelenk kann Bewegungen in verschiedene Richtung ausführen.
Die Vorrichtungen mit den bewegbaren, insbesondere schwenkbaren Last- bzw. Kraftorganen können vorteilhafterweise auch so betrieben sein, dass eines der Organe feststehend und lediglich das andere bewegbar, insbesondere schwenkbar ist. Beispielsweise kann bei der Ausführung als Gelenkkreuz der eine Kreuzarm, insbesondere der horizontale Kreuzarm 27, feststehend (Stator) angeordnet und der andere Kreuzarm 26 schwenkbar sein. Insbesondere ist diese funktionale Ausbildung möglich bei rahmenartigen, eventuell dreidimensionalen Bewegungsorganen. Ein insbesondere horizontaler Rahmen kann fixiert und der andere beweglich sein.

10: Arm
11: Arm
12: Gelenk
13: Arbeitskammer
14: Schlauchende
15: Schlauchende
16: Verbindungsstück
17: Fluidkanal
18: Abstand
19: Länge
20: Teilarm
21: Teilarm
22: Strebe
23: Strebe
24: Arbeitskammer
25: Arbeitskammer
26: Kreuzarm
27: Kreuzarm
28: Armstück
29: Armstück
30: Armstück
31: Armstück
32: Abzweigungskanal
33: Arbeitskammer
34: Arbeitskammer
35: Schlauchende
36: Schlauchende
37: Verbindungsstück
38: Formstück
39: Verbindungskanal
40: Verbindungskanal
41: Längsstrebe
42: Längsstrebe
43: Querstrebe
44: Querstrebe
45: Achse
46: Druckstange
47: Verbindungsstrebe
48: Verbindungsstrebe
49: Einzelschlauch
50: Einzelschlauch
51: Fluidkanal
52: Fluidkanal
53: Arbeitskammer
54: Arbeitskammer
55: Schlauchabschnitt
56: Schlauchabschnitt
57: Verbindungsstück
58: Umlenkung
59: Umlenkbolzen
60: Halter
61: Schlauchabschnitt
62: Strebe
63: Drehachse
64: Drehachse
65: Tragrahmen
66: Halbrahmen
67: Halbrahmen
68: Anschlussflansch
69: Anschlussflansch
70: Rahmenstrebe
71: Rahmenstrebe
72: Rahmenstrebe
73: Rahmenstrebe
74: Schwenkstrebe
75: Schwenkstrebe
76: Tragstrebe
77: Arbeitskammer
78: Arbeitskammer
79: Arbeitskammer
80: Schlauchende
81: Schlauchende
82: Schlauchende
83: Schlauchende
84: Knickstelle
85: Achse
86: Rahmen
87: Querstrebe
88: Flansch
89: Stator
90: Tragwand
91: Flansch
92: Querstrebe
93: Tragstrebe
94: Tragstrebe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 1022202264 [0002]

Claims

Vorrichtung mit mindestens einem bewegbaren, insbesondere schwenkbaren Organ oder Bauteil (10, 11...), welches über ein Gelenk (12) mit einem zweiten, feststehenden oder schwenkbaren Organ oder Bauteil (10, 11...) verbunden ist, wobei das bewegbare Organ/Bauteil durch eine mittels Fluid beaufschlagbare, verformbare, als Hohlkörper ausgebildete Arbeitskammer bewegbar, insbesondere schwenkbar ist und Enden der langgestreckten, insbesondere schlauchförmigen Arbeitskammer mit dem einen und mit dem anderen Organe bzw. Bauteil verbunden sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) der Abstand zwischen Befestigungsstellen der Arbeitskammer (13, 24, 25...) mit den Organen bzw. Bauteilen (10, 11...) entspricht (annähernd) der (wirksamen) Länge der Arbeitskammer (13...), b) die Arbeitskammer (13...) weist mindestens eine Knickstelle auf, die dem Gelenk (12....) zugekehrt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch mindestens eine Arbeitskammer (13...) betätigbaren Organe, Bauteile, Glieder wenigstens zwei durch Gelenk (12) miteinander verbundene Arme, nämlich Kreuzarme (26, 27) sind, wobei mindestens eine Arbeitskammer (24, 25) mit dem einen und mit dem anderen Kreuzarm (26, 27) verbunden sind, nämlich mit benachbarten Armstücken (28, 29; 30, 31) der Kreuzarme (26, 27).
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) die bewegbaren Bauteile, Glieder, insbesondere Arme (10, 11), Kreuzarme (26, 27), rahmenförmige Bauteile (65, 66, 67) sind in einer Ausgangsstellung unter einem Winkel zueinander gerichtet, insbesondere unter einem Winkel von (etwa) 90° oder unter einem spitzen Winkel, b) durch Einführen des Fluids unter Druck in die Arbeitskammer (13, 24, 25; 33, 34; 49, 50; 53, 54; 77, 78, 79) sind die Bauteile, Glieder bis (annähernd) in eine Strecklage schwenkbar, c) in der Endstellung der Bauteile, Glieder, insbesondere in der (angenäherten) Strecklage befindet sich Die Arbeitskammer aufgrund des unter Druck eingeführten Fluids in einer (angenäherten) Strecklage.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Enden der Arbeitskammern, insbesondere Schlauchenden (14, 15; 35, 36; 80, 81, 82, 83) durch Verbindungsmittel, insbesondere Verbindungsstücke (16; 37; 57) mit den beiden relativ zueinander bewegbaren Bauteilen, Gliedern verbunden sind, wobei vorzugsweise die Verbindungsorgane zugleich einen Verschluss der an den Enden offenen, schlauchförmigen Arbeitskammer bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Enden der Arbeitskammer bzw. zwischen den Verbindungsmitteln der Arbeitskammer bei (annähernd) gestreckten Bauteilen etwa der Länge der Arbeitskammer bzw. der wirksamen Längsabmessung des durch die Arbeitskammer gebildeten Hohlkörpers entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Betätigungsorgane bzw. Arbeitskammern (24, 25; 33, 34) zwischen benachbarten Armen (10, 11) bzw. Teilarmen (20, 21) bzw. Armstücken (28, 29, 30, 31) angeordnet sind, wobei die Betätigungsorgane bzw. Arbeitskammern gleichgerichtete oder entgegengesetzte Betätigungskräfte auf die Arme übertragen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (10, 11) als räumliches Tragwerk ausgebildet sind, insbesondere jeweils aus zwei im Abstand voneinander angeordneten Teilarmen (20, 21) bestehen, wobei die Arbeitskammer zwischen den Teilarmen (20, 21) bzw. innerhalb der Konstruktion der Arme (10, 11) gelagert ist, wobei vorzugsweise Verbindungsorgane, zum Beispiel Streben (22, 23), für freie Enden der Teilarme (20, 21) zur Anbringung von Schlauchenden (14, 15) der Arbeitskammern dienen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Ausbildung mit Kreuzarmen (26, 27) mindestens zwei einander diagonal gegenüberliegende Betätigungsorgane bzw. Arbeitskammern (24, 25) mit zugeordneten Armstücken (28...31) verbunden sind zur gleichgerichteten Kraftübertragung auf die Vorrichtung, wobei Fluid über gesonderte Fluidkanäle (17) jeder Arbeitskammer (24, 25) oder über einen Abzweigungskanal (32) beiden Arbeitskammern (24, 25) über einen gemeinsamen Fluidkanal (17) zführbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegbaren Organe, insbesondere Kreuzarme (26, 27) durch entgegengesetzt wirkende Arbeitskammern beaufschlagbar sind zur Erzeugung gegenläufiger Bewegungen, wobei vorzugsweise mindestens vier Arbeitskammern (24, 25; 33, 34) im Bereich der Armstücke (28...31) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsorgan, insbesondere die Arbeitskammer aus mehreren Schlauabschnitten besteht, die als durchgehendes Organ mit fluiddurchlässigen Umlenkungen ausgebildet sind, insbesondere zur Erzeugung von mindestens vier Arbeitskammern (24, 25; 33, 34) oder von mehreren parallelen bzw. nebeneinander angeordneten Schlauchabschnitten (55, 56; 61).
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kreuzarme (26, 27) als schwenkbar miteinander verbundene Rahmen ausgebildet sind, jeweils mit Längsstreben (41, 42) und Querstreben (43, 44), wobei Schlauchenden (35, 36) an Querstreben (43, 44) der Rahmen angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Führungsorgan für vorzugsweise jede Arbeitskammer zur Führung der fluidfreien Arbeitskammer in eine Knick- bzw. Faltstellung, vorzugsweise mittels quergerichteter Druckstange (46) etwa im mittleren Bereich einer Arbeitskammer.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere um jeweils eine Achse schwenkbare belastbare Organe, vorzugsweise mit mindestens zwei quer zueinander gerichteten Drehachsen (63, 64), wobei die Betätigungsorgane, insbesondere Arbeitskammern (77, 78, 79) einerseits mit einem fixierten Träger und andererseits mit einem zugeordneten Schwenkteil verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen, insbesondere schwenkbaren Organe als Halbrahmen (66, 67) ausgebildet sind, die mittels Schwenkstreben (74, 75) an einem vorzugsweise zentralen Tragorgan angebracht sind, insbesondere an einem Tragrahmen (65), wobei der eine Halbrahmen (66) im Bereich von aufrechten Rahmenstreben (72, 73) und der andere Halbrahmen (67) mit gerichteten Rahmenstreben (70, 71) des Tragrahmens (65) verbunden ist.