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Die Erfindung betrifft eine mit mindestens einem fluidbetätigten Balgaktor ausgestattete Antriebsvorrichtung.
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Aus der
DE 35 42 547 A1 ist eine als Verstell- bzw. Regeleinrichtung ausgestattete Antriebsvorrichtung bekannt, die unter anderem einen fluidbetätigten Balgaktor enthält, mit dessen Hilfe ein von einer Stellstange gebildetes Abtriebsglied betätigbar ist. Die Stellstange ist an einem plattenförmigen Stellelement angeordnet, an dem beidseits Faltenbälge befestigt sind, die mit ihren abgewandten Endbereichen außerdem am Gehäuse befestigt sind. Dadurch, dass eine von dem einen Faltenbalg umschlossene Antriebskammer und eine außen um den anderen Faltenbalg herum angeordnete weitere Antriebskammer mit Fluid beaufschlagbar sind, kann das Stellelement und mithin auch das von der Stellstange gebildete Abtriebsglied zu einer Linearbewegung angetrieben werden. Insbesondere dadurch bedingt, dass das Gehäuse zur Aufnahme der mehreren Faltenbälgen ein relativ großes Bauvolumen aufweist, verfügt die Antriebsvorrichtung über relativ große Abmessungen.
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Aus der
US 3,528,344 ist eine Zeitverzögerungseinrichtung bekannt, die zwei einander konzentrisch umschließende Faltenbälge aufweist, wobei der von dem einen Faltenbalg umschlossene Innenraum ständig über einen Kanal kleinen Querschnittes mit der Atmosphäre in Verbindung steht.
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Aus der
DE 34 08 607 A1 ist ein Kolben-Zylinder-Aggregat bekannt, das über eine als Abtriebsglied fungierende Kolbenstange verfügt, an der ein Kolben angeordnet ist, der im Innern eines Gehäuses zwei Arbeitsräume voneinander abteilt, die fluidisch ansteuerbar sind, um eine Linearbewegung der Kolbenstange hervorzurufen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung zu schaffen, die über einen doppeltwirkend betätigbaren Balgaktor mit kompakten Abmessungen verfügt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer mindestens einen fluidbetätigen Balgaktor aufweisenden Antriebsvorrichtung vorgesehen, dass der Balgaktor eine fluidisch ansteuerbare erste Antriebskammer aufweist, die teils von einer starren Gehäusewand und teils von einem sich in der Achsrichtung einer Hauptachse abgedichtet daran anschließenden ersten Faltenbalg umschlossen ist, wobei in einem von der starren Gehäusewand umschlossenen ersten Kammerabschnitt der ersten Antriebskammer eine in der Hauptachsrichtung bewegliche Antriebsplatte und – auf deren dem ersten Faltenbalg axial abgewandten Seite – ein sich in der Hauptachsrichtung zwischen der Antriebsplatte und der Gehäusewand erstreckender zweiter Faltenbalg angeordnet sind, die gemeinsam eine von dem ersten Kammerabschnitt der ersten Antriebskammer fluiddicht abgetrennte und ebenfalls fluidisch ansteuerbare zweite Antriebskammer begrenzen, wobei die Antriebsplatte ein Bestandteil eines relativ zu der starren Gehäusewand in der Hauptachsrichtung beweglichen Abtriebsgliedes ist, das sich durch den von dem ersten Faltenbalg umschlossenen zweiten Kammerabschnitt der ersten Antriebskammer hindurch nach außen erstreckt und an dem der erste Faltenbalg mit seinem der starren Gehäusewand entgegengesetzten Endabschnitt fluiddicht befestigt ist, wobei die bei einer Fluidbeaufschlagung der ersten Antriebskammer hinsichtlich der Erzeugung einer in der Hauptachsrichtung orientierten Betätigungskraft wirksame Wirkfläche des ersten Faltenbalges kleiner ist als diejenige des zweiten Faltenbalges, so dass der in der ersten Antriebskammer herrschende Fluiddruck eine resultierende Antriebskraft im Sinne eines Einfahrens in den ersten Kammerabschnitt der ersten Antriebskammer auf das Abtriebsglied ausübt.
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Auf diese Weise enthält die Antriebsvorrichtung einen sehr kompakt bauenden fluidbetätigten Balgaktor, der doppeltwirkend betätigbar ist und mithin sowohl drückend als auch ziehend eingesetzt werden kann. Da nur einer der beiden Faltenbälge in dem von der starren Gehäusewand begrenzten ersten Kammerabschnitt der ersten Antriebskammer untergebracht ist, kann der die starre Gehäusewand bildende Gehäusekörper mit geringen Abmessungen in der als Hauptachsrichtung bezeichneten Achsrichtung der Hauptachse ausgebildet werden, so dass der Balgaktor sehr kurzbauend herstellbar ist. Im Betrieb des Balgaktors ist eine Ausfahrbewegung des Abtriebsgliedes im Sinne eines Ausfahrens aus dem ersten Kammerabschnitt der ersten Antriebskammer dadurch hervorrufbar, dass die zweite Antriebskammer mit einem entsprechend hohen fluidischen Überdruck beaufschlagt wird. Die hierbei für die erzeugte Antriebskraft maßgebliche Druckbeaufschlagungsfläche des Abtriebsgliedes ergibt sich aus der entsprechenden Wirkfläche des zweiten Faltenbalges. Eine entgegengesetzte Einfahrbewegung des Abtriebsteils ist durch Fluidbeaufschlagung der ersten Antriebskammer hervorrufbar, wobei für die hierbei erzeugbare Antriebskraft die Flächendifferenz zwischen den Wirkflächen des ersten Faltenbalges und des zweiten Faltenbalges verantwortlich ist, da der erste Faltenbalg eine periphere äußere Begrenzungswand des zweiten Kammerabschnittes der ersten Antriebskammer und der zweiten Faltenbalg eine periphere innere Begrenzungswand des ersten Kammerabschnittes der ersten Antriebskammer bildet. Dadurch, dass alle mit Fluidkraft beaufschlagbaren Räume gegeneinander und zur Umgebung hin durch in ihrer Längsrichtung flexible Faltenbälge abgedichtet sind, liegen durchweg rein statische Abdichtmaßnahmen vor, die eine völlige Leckagefreiheit gewährleisten und kaum Verschleiß unterliegen. Die Relativbewegung zwischen dem Abtriebsglied und der starren Gehäusewand in der Hauptachsrichtung wird durch axiales Ausdehnen oder Zusammendrücken der flexiblen Faltenbälge ermöglicht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Die gemeinsam mit dem ersten Faltenbalg die erste Antriebskammer außen begrenzende starre Gehäusewand ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass sie eine zwischen die Antriebsplatte und den ersten Faltenbalg hineinragende Zwischenwand bildet, die eine eine ständige fluidische Kommunikation zwischen den beiden Kammerabschnitten der ersten Antriebskammer ermöglichende Durchbrechung aufweist, welche von dem Abtriebsglied linear beweglich durchsetzt ist. Die Querschnittsfläche der Durchbrechung ist zweckmäßigerweise kleiner als diejenige der ihr vorgelagerten Antriebsplatte.
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Das Abtriebsglied enthält zweckmäßigerweise einen an der Antriebsplatte angeordneten Stangenabschnitt, der sich koaxial durch den ersten Faltenbalg hindurch erstreckt und der zweckmäßigerweise in eine der Antriebsplatte gegenüberliegende Endplatte übergeht, die außerhalb der ersten Antriebskammer angeordnet ist. Der erste Faltenbalg erstreckt sich zweckmäßigerweise axial zwischen der starren Gehäusewand und der diesbezüglich in der Hauptachsrichtung bewegbaren Endplatte, wobei er seitens des Abtriebsgliedes vorzugsweise an der Endplatte befestigt ist.
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Zweckmäßigerweise ist die Endplatte des Abtriebsgliedes diejenige Komponente des Abtriebsgliedes, die für einen Kraftabgriff genutzt wird. Allerdings kann ein außerhalb der ersten Antriebskammer angeordneter Kraftabgriffsabschnitt des Abtriebsgliedes auch eine andere Gestaltung aufweisen.
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Die Endplatte ist über die beiden Faltenbälge hinsichtlich möglicher Kippbewegungen relativ instabil bezüglich der starren Gehäusewand aufgehängt. Dies kann für manche Anwendungen vorteilhaft sein, insbesondere dann, wenn relativ zu bewegende Komponenten einer Maschine bei ihrer Relativbewegung toleranzbedingt Lageabweichungen erfahren. Wenn jedoch gewünscht ist, eine exakte lineare Relativbewegung zwischen dem Abtriebsglied und der starren Gehäusewand zu gewährleisten, können zwischen diesen beiden Bestandteilen des Balgaktors Linearführungsmaßnahmen vorgesehen sein. Solche Linearführungsmaßnahmen enthalten insbesondere mehrere an der Endplatte in Richtung zu der starren Gehäusewand wegragend angeordnete Führungsstäbe, die die starre Gehäusewand – insbesondere außen – axial, also in der Hauptachsrichtung überlappen, wobei sie mit der starren Gehäusewand in einem eine Querabstützung hervorrufenden Führungseingriff stehen, insbesondere dadurch, dass sie an der starren Gehäusewand linear verschiebbar gelagert sind. Die starre Gehäusewand kann an ihrem Außenumfang beispielsweise pro Führungsstab eine Führungsnut aufweisen, in die der zugeordnete Führungsstab linear verschiebbar eintaucht.
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Bevorzugt haben die beiden Faltenbälge eine im Wesentlichen zylindrische Grundstruktur. Andere Formgebungen sind jedoch ebenfalls möglich, insbesondere Faltenbälge mit sich konisch verjüngender Form. Zweckmäßig ist bei allen Ausführungsformen eine kreisförmige Querschnittskontur der Faltenbälge.
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Die beiden Faltenbälge sind zweckmäßigerweise mit zueinander koaxialer Anordnung auf einander entgegengesetzten Seiten der Antriebsplatte angeordnet.
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Um die beiden Antriebskammern fluidisch ansteuern zu können, mündet zweckmäßigerweise in jede Antriebskammer mindestens ein hierfür geeigneter Steuerkanal. Ohne Weiteres können in jede Antriebskammer auch mehrere solcher Steuerkanäle einmünden, die kumulativ oder alternativ nutzbar sind. Besonders vorteilhaft ist eine dahingehende Ausgestaltung des Balgaktors, dass für jede Antriebskammer an sowohl der starren Gehäusewand als auch an dem Abtriebsglied und insbesondere an der gegebenenfalls vorhandenen Endplatte des Abtriebsgliedes jeweils mindestens eine Anschlussöffnung vorhanden ist, die über mindestens einen Steuerkanal hinweg mit einer der Antriebskammern verbunden ist, so dass die für die fludische Ansteuerung erforderliche Fluideinspeisung wahlweise oder kumulativ an dem Abtriebsglied oder an der starren Gehäusewand vorgenommen werden kann.
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Die Ausgestaltung von Anschlussöffnungen an sowohl der starren Gehäusewand als auch an dem Abtriebsglied begünstigt insbesondere einen solchen Aufbau der Antriebsvorrichtung, bei dem mehrere Balgaktoren baugruppenartig zu einer Antriebseinheit zusammengefasst sind, wobei das in eine Antriebskammer eingespeiste Antriebsfluid durch miteinander kommunizierende Kanalsysteme hindurch allen gleichartigen Antriebskammern zugeführt wird. Dies ermöglicht beispielsweise eine Reihenschaltung von mehreren Balgaktoren derart, dass der jeweils eine Balgaktor mit seinem Abtriebsglied an der starren Gehäusewand des darauffolgend angeordneten Balgaktors angebracht ist, so dass im Betrieb eine Vervielfachung der insgesamt abgreifbaren Hublänge möglich ist.
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An dem mindestens einen Balgaktor ausgebildete mechanische Schnittstellenmittel gewährleisten die gegenseitige mechanische Verbindung der zu einer Baugruppe zusammengefassten Balgaktoren.
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Der Balgaktor kann zwar prinzipiell mehrteilig aufgebaut sein. Besonders vorteilhaft ist hierbei ein Aufbau mit durch Schnappverbindungen aneinander fixierten Komponenten. Schnappverbindungen kommen im Übrigen auch bevorzugt bei der Zusammenfassung mehrerer Balgaktoren zu einer baugruppenartigen Antriebseinheit zum Einsatz.
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Besonders vorteilhaft lässt sich der Balgaktor als einstückiges Bauteil mittels eines generativen Fertigungsverfahrens herstellen. Unter dem Begriff „generative Fertigungsverfahren” sind die häufig auch als „rapid prototyping” bzw. „rapid manufacturing” bezeichneten Verfahren zur schnellen und kostengünstigen Fertigung von Produkten zu verstehen. Die Fertigung erfolgt dabei direkt auf der Basis rechnerinterner Datenmodelle, insbesondere aus formlosen Pulvern mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse. Generative Fertigungsverfahren stellen daher an die werkzeugtechnische Ausstattung keine besonders hohen Anforderungen und ermöglichen somit selbst bei komplexen Gestaltungen eine sehr kostengünstige Fertigung. Dies schlägt sich bei der Herstellung des Balgaktors sehr positiv nieder. Insbesondere die flexiblen Balgstrukturen und die ineinander verschachtelten Bestandteile können mechanisch optimal ausgebildet und platzsparend auf engstem Raum untergebracht werden.
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Unter verschiedenen bekannten verfahren der generativen Fertigung eignet sich vor allem das sogenannte selektive Lasersintern für die Herstellung des Balgaktors. Beim selektiven Lasersintern handelt es sich um ein Verfahren, bei dem räumliche Strukturen durch Sintern aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff hergestellt werden. Es handelt sich dabei um ein generatives Schichtbauverfahren, in dem das herzustellende Bauteil Schicht für Schicht aufgebaut wird. Durch die Wirkung der Laserstrahlen können beliebige dreidimensionale Geometrien auch mit komplexen Hinterschneidungen ohne zusätzliche Stützstrukturen erzeugt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung, die hier aus einem einzigen Balgaktor besteht, der perspektivisch abgebildet ist,
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2 einen Längsschnitt durch den Balgaktor aus 1 gemäß Schnittlinie II-II,
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3 eine aus einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Balgaktoren aufgebaute Antriebsvorrichtung in einem Längsschnitt entsprechend 2, und
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4 die Antriebsvorrichtung aus 3 in einem Längsschnitt, dessen Schnittebene entsprechend Schnittlinie IV-IV aus 1 verläuft.
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Die in 1 und 2 illustrierte Antriebsvorrichtung 1a enthält einen einzigen Balgaktor 2, der bei der in 3 und 4 illustrierten Antriebsvorrichtung 1b mehrfach vorhanden ist. Die Erläuterung des bevorzugten Aufbaus des Balgaktors 2 orientiert sich daher hauptsächlich an den 1 und 2.
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Der Balgaktor 2 besteht zweckmäßigerweise aus einem Kunststoffmaterial, wobei er vorzugsweise ein insgesamt einstückiges Bauteil darstellt, das kostengünstig mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt wurde, insbesondere durch selektives Lasersintern. Grundsätzlich kann der Balgaktor 2 aber auch aus einer Mehrzahl von Einzelteilen bestehen, die mit üblichen Verbindungstechniken aneinander befestigt sind.
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Der Balgaktor 2 hat eine Hauptachse 3, bei der es sich vorzugsweise um die Längsachse des Balgaktors 2 handelt. Die Achsrichtung der Hauptachse 3 sei im Folgenden auch als Hauptachsrichtung oder als axiale Richtung bezeichnet.
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Der Balgaktor 2 enthält einen Gehäusekörper 4 und ein diesbezüglich unter Ausführung einer durch einen Doppelpfeil illustrierten Abtriebsbewegung 5 in der Hauptachsrichtung bewegbares Abtriebsglied 6. Wenn im Einsatz des Balgaktors 2 der Gehäusekörper 4 an einer Tragstruktur befestigt ist, kann durch Hervorrufen der Abtriebsbewegung 5 eine an dem Abtriebsglied 6 fixierte Komponente, beispielsweise ein Maschinenteil, hin und her bewegt werden. Das Abtriebsglied 6 enthält einen von außen her zugänglichen Abschnitt, der als Kraftabgriffsabschnitt 7 bezeichnet sei und an dem mechanische Schnittstellenmittel 8 ausgebildet sind, an denen sich die zu bewegenden Komponente bevorzugt lösbar befestigen lässt.
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Der Gehäusekörper 4 hat eine starre Gehäusewand 12, die eine interne Gehäusekammer 13 umschließt. Die Gehäusewand 12 setzt sich aus einer in der Hauptachsrichtung orientierten, bevorzugt plattenförmigen Bodenwand 12a, einer vom äußeren Rand der Bodenwand 12a in der Hauptachsrichtung wegragenden, umlaufenden Seitenwand 12b und einer der Bodenwand 12a in der Hauptachsrichtung mit Abstand gegenüberliegenden Deckenwand 12c zusammen.
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An die Deckenwand 12c schließt sich, bevorzugt in bezüglich der Hauptachse 3 koaxialer Ausrichtung, ein eine Längserstreckung aufweisender erster Faltenbalg 14 an. Der erste Faltenbalg 14 hat einen unter Abdichtung und bevorzugt einstückig an der Deckenwand 12c angeordneten ersten Endabschnitt 14a und einen diesbezüglich axial entgegengesetzten zweiten Endabschnitt 14b. Der zweite Endabschnitt 14b ist an einer der Deckenwand 12c mit Abstand auf der der Gehäusekammer 13 entgegensetzten Axialseite vorgelagerten Endplatte 15 befestigt, die den Kraftabgriffsabschnitt 7 des Abtriebsgliedes 6 bildet. Der zweite Endabschnitt 14b ist bevorzugt einstückig, jedenfalls aber unter Abdichtung an der Endplatte 15 fixiert.
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Die Deckenwand 12c hat eine Durchbrechung 16, durch die hindurch die Gehäusekammer 13 in ständiger Fluidverbindung mit einer von dem ersten Faltenbalg 14 umschlossenen ersten Balgkammer 22 steht. Bevorzugt liegt diese Durchbrechung 16 auf der Hauptachse 3.
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In der Gehäusekammer 13 befindet sich ein eine Längsgestalt aufweisender und zu der Hauptachse 3 koaxial ausgerichteter zweiter Faltenbalg 17. Der zweite Faltenbalg 17 ist mit einem axial orientierten ersten Endabschnitt 17a unter Abdichtung und insbesondere einstückig an der Bodenwand 12a angebracht und ist ferner mit seinem diesbezüglich axial entgegengesetzten zweiten Endabschnitt 17b, wiederum unter Abdichtung und bevorzugt einstöckig, an einer in der Gehäusekammer 13 angeordneten Antriebsplatte 18 befestigt. Der zweite Faltenbalg 17 umschließt peripher außen eine axial von der Bodenwand 12a und von der Antriebsplatte 18 begrenzte zweite Balgkammer 23.
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Die Antriebsplatte 18 ist ein fester Bestandteil des Abtriebsgliedes 6. Sie steht über einen Stangenabschnitt 24 in starrer Verbindung mit der Endplatte 15. Hierzu durchsetzt der Stangenabschnitt 24 koaxial die Durchbrechung 16 und die erste Balgkammer 22.
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Die Gehäusekammer 13 und die erste Balgkammer 22 bilden gemeinsam eine fluidisch ansteuerbare erste Antriebskammer 25. Insofern bilden die Gehäusekammer 13 einen ersten Kammerabschnitt 25a und die erste Balgkammer 22 einen zweiten Kammerabschnitt 25b der ersten Antriebskammer 25, die durch die Durchbrechung 16 hindurch ständig in Fluidverbindung miteinander stehen.
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Die zweite Balgkammer 23 bildet eine unabhängig von der ersten Antriebskammer 25 fluidisch ansteuerbare zweite Antriebskammer 26.
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In die ersten Antriebskammer 25 mündet mindestens ein erster Steuerkanal 27 ein, der exemplarisch die Gehäusewand 12 durchsetzt, insbesondere im Bereich der Bodenwand 12a. Beispielhaft sind insgesamt vier solcher ersten Steuerkanäle 27 in dem Gehäusekörper 4 ausgebildet, die jeweils mit einer an der vom ersten Kammerabschnitt 25a abgewandten Außenfläche der Bodenwand 12a ausmündenden Anschlussöffnung 27a versehen sind. Die vier Anschlussöffnungen 27a sind in gleichmäßigen Winkelabständen um die Hauptachse 3 herum verteilt angeordnet.
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Mit der zweiten Antriebskammer 26 kommuniziert mindestens ein zweiter Steuerkanal 28, wobei exemplarisch ein einziger solcher zweiter Steuerkanal 28 die Gehäusewand 12, insbesondere an der Bodenwand 12a, durchsetzt und mit einer Anschlussöffnung 28a vergleichbar den vier Anschlussöffnungen 27a an der dem ersten Kammerabschnitt 25a axial abgewandten Unterseite der Bodenwand 12a ausmündet.
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Durch den mindestens einen ersten Steuerkanal 27 hindurch ist ein vorzugsweise von Druckluft gebildetes Antriebsfluid in die erste Antriebskammer 25 einspeisbar oder aus der ersten Antriebskammer 25 abführbar. In gleicher Weise ermöglicht der mindestens eine zweite Steuerkanal 28 eine gesteuerte Fluidbeaufschlagung der zweiten Antriebskammer 26.
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Durch den zweiten Faltenbalg 27 und die Antriebsplatte 18 ist die zweite Antriebskammer 26 ständig fluiddicht von der ersten Antriebskammer 25 abgetrennt, obwohl sie von dieser umschlossen ist. Der zweite Faltenbalg 17 bildet gemeinsam mit dem Abtriebsglied 6 eine Trennwand zwischen den beiden Antriebskammern 25, 26.
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Jeder Faltenbalg 14, 17 hat eine periphere Balgwand 32 mit einer Mehrzahl von in der Achsrichtung der Hauptachse 3 aufeinanderfolgenden Faltenabschnitten. Bevorzugt hat die Balgwand 32 im Längsschnitt gesehen eine mäanderförmige oder zick-zack-förmige Struktur. Die Balgwand 32 verfügt über federelastische Eigenschaften, so dass sie unter axialer Aufweitung und Verengung der einzelnen Faltenabschnitte unter Veränderung der Balglänge in der Hauptachsrichtung verformbar ist. Jeder Faltenbalg 14, 17 hat zweckmäßigerweise eine aus der Zeichnung ersichtliche kraftneutrale Grundstellung, in die er aufgrund der inhärenten Federelastizität der Balgwand selbsttätig wieder zurückkehrt, wenn eine ihn axial auseinanderziehende Kraft wieder weggenommen wird.
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Jeder Faltenbalg 14, 17 ist insbesondere so strukturiert, dass er in radialer Richtung nur wenig verformbar ist. Dies bedeutet, dass eine fluidische Druckbeaufschlagung einer Balgkammer 22, 23 zwar eine Längenveränderung des betreffenden Faltenbalges 14, 17 hervorrufen kann, nicht jedoch eine relvante Durchmesservergrößerung.
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Wird eine Balgkammer 22 oder 23 mit Fluiddruck beaufschlagt, ergibt sich eine Betätigungskraft, die eine axiale Expansion des zugeordneten Faltenbalges 14, 17 hervorzurufen sucht. Der strukturelle Aufbau des Faltenbalges 14, 17 hat dabei jedoch prinzipbedingt zur Folge, dass nicht die gesamte innere Querschnittsfläche hinsichtlich der Erzeugung der Betätigungskraft wirksam ist, sondern eine etwas geringere Fläche, die im Folgenden als „Wirkfläche” bezeichnet wird und die beispielsweise davon abhängt, welche Tiefe die einzelnen Falten haben und mit welchen Radien die einzelnen Faltenabschnitte ineinander übergehen.
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Beim Ausführungsbeispiel soll die hinsichtlich der Erzeugung einer in der Hauptachsrichtung orientierten Betätigungskraft wirksame Wirkfläche des ersten Faltenbalges 14 als erste Wirkfläche 33 und diejenige des zweiten Faltenbalges 17 als zweite Wirkfläche 34 bezeichnet werden. Beide Wirkflächen 33, 34 sind in 2 durch einen Doppelpfeil kenntlich gemacht.
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Um den fluidbetätigten Balgaktor 2 mit doppelwirkender Betriebsweise nutzen zu können, sind die beiden Faltenbälge 14, 17 so ausgelegt, dass die zum ersten Faltenbalg 17 gehörende erste Wirkfläche 33 kleiner ist als die zum zweiten Faltenbalg gehörende zweite Wirkfläche 34. Die Differenz dieser beiden ersten und zweiten Wirkflächen 33, 34 ergibt eine resultierende Wirkfläche 35, bei der es sich um eine Ringfläche handelt, die in 2 durch zwei Doppelpfeile kenntlich ist. Diese resultierende Wirkfläche 35 ist der der zweiten Antriebskammer 26 axial abgewandten Außenfläche 36 der Antriebsplatte 18 zugeordnet. Die resultierende Wirkfläche 35 ist maßgeblich für die Höhe der insgesamt auf das Abtriebsglied 6 einwirkenden resultierenden Antriebskraft, mit der das Abtriebsglied 6 bei einer Fluidbeaufschlagung der ersten Antriebskammer 25 im Sinne einer Einfahrbewegung 5a beaufschlagt wird. Die Einfahrbewegung 5a ist eine Abtriebsbewegung 5, im Rahmen derer das Abtriebsglied 6 ins Innere des ersten Kammerabschnittes 25a der ersten Antriebskammer 25 einfährt.
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Um eine entgegengesetzt orientierte Ausfahrbewegung 5b des Abtriebsgliedes 6 hervorzurufen, wird die zweite Antriebskammer 26 mit Fluid beaufschlagt, wobei in diesem Fall nur die zweite Wirkfläche 34 des zweiten Faltenbalges zum Tragen kommt, die der der zweiten Antriebskammer 26 zugewandten Innenfläche 37 der Antriebsplatte zugeordnet ist.
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Mithin kann durch abwechselndes gegensinniges Belüften und Entlüften der beiden Antriebskammern 25, 26 eine doppeltwirkende Betriebsweise des Balgaktors 2 hervorgerufen werden, bei der das Abtriebsglied 6 entweder im Rahmen der Ausfahrbewegung 5b drückend oder im Rahmen der Einfahrbewegung 5a ziehend agiert.
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Bevorzugt haben die beiden Faltenbälge 14, 17 eine im Wesentlichen zylindrische Grundstruktur. Denkbar wären allerdings auch andere Formgebungen, beispielsweise konisch gestaltete Faltenbälge. Es ist jedoch von Vorteil, wenn jeder Faltenbalg 14, 17, in Längsrichtung betrachtet, einen kreisförmigen Umriss hat.
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Aus Gründen der Symmetrie ist es zweckmäßig, wenn die beiden Faltenbälge 14, 17 koaxial zueinander angeordnet sind. Sie liegen auf einander axial entgegengesetzten Seiten der Antriebsplatte 18.
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Die Deckenwand 12c ist vorzugsweise so gestaltet, dass sie in den Bereich zwischen der Antriebsplatte 18 und dem ersten Faltenbalg 14 quer zur Hauptachse 3 hineinragt, so dass sie als Zwischenwand 38 fungiert. Der Durchmesser der Durchbrechung 16 ist kleiner als der Durchmesser der Antriebsplatte 18.
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Vorzugsweise ist der Durchmesser der Durchbrechung 16 jeweils kleiner als sowohl der Durchmesser der ersten Wirkfläche 33 als auch der zweiten Wirkfläche 34.
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Die als Kraftabgriffsabschnitt 7 fungierende Endplatte 15 ist relativ zu dem Gehäusekörper 4 flexibel aufgehängt, weil sie sowohl über den ersten Faltenbalg 14 als auch über den zweiten Faltenbalg 17 an dem Gehäusekörper 4 befestigt ist. Um unabhängig von asymmetrisch an dem Abtriebsglied 6 angreifenden externen Kräften eine exakt lineare Abtriebsbewegung 5 zu gewährleisten, ist es daher von Vorteil, wenn zwischen dem Abtriebsglied 6 und der Gehäusewand 12 des Gehäusekörpers 4 geeignete Linearführungsmaßnahmen 42 vorgesehen sind.
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Exemplarisch bestehen solche Linearführungsmäßnahmen 42 aus mehreren insbesondere einstückig an der Endplatte 15 angeordneten Führungsstäben 43, die sich ausgehend von der Endplatte 15 in Richtung zu dem Gehäusekörper 4 erstrecken und die die Gehäusewand 12 im Bereich ihrer Seitenwand 12b außen axial überlappen. Jeder Führungsstab 43 steht mit der starren Gehäusewand 12 in einem Führungseingriff, was bedeutet, dass er sich an der Gehäusewand 12 quer zu der Hauptachsrichtung abstützt und gleichwohl relativ zu der Gehäusewand 12 beweglich und insbesondere verschieblich ist.
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Exemplarisch ist in der Außenfläche der Seitenwand 12b der Gehäusewand 12 pro Führungsstab 43 eine Führungsnut 44 ausgebildet, in der sich der zugeordnete Führungsstab 43 axial erstreckt, wobei er sich gleichzeitig am Nutgrund der Führungsnut 44 abstützt.
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Aufgrund des Vorhandenseins mehrerer um die Hauptachse 3 herum verteilt angeordneter Führungsstäbe 43 ergibt sich eine sehr gute Abstützung des Kraftabgriffsabschnittes 7, so dass er an einem Verkippen gehindert ist.
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Die Linearführungsmaßnahmen 42 können auf der Basis von Wälzlagern oder auf der Basis von Gleitlagern ausgeführt sein.
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Der Balgaktor 2 kann in Achsrichtung der Hauptachse 3 betrachtet jede beliebige Außenkontur haben. Exemplarisch verfügt er über eine Rechteckkontur und hierbei insbesondere über eine quadratische Kontur. Insgesamt kann der Balgaktor 2 und insbesondere sein Gehäusekörper 4 würfelförmig ausgebildet sein.
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Verfügt der Gehäusekörper 4 quer zu der Hauptachse 3 über einen rechteckigen Umriss, empfiehlt sich eine dahingehende Realisierung der Linearführungsmaßnahmen 42, dass in jedem Eckbereich der Seitenwand 12b eine Führungsnut 44 ausgebildet ist, in die ein Führungsstab 43 axial eintaucht. Die Führungsstäbe 43 sind insbesondere an den vier Eckbereichen der bevorzugt ebenfalls einen rechteckigen Umriss aufweisenden Endplatte 15 angeordnet.
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Der Balgaktor 2 ist in vorteilhafter Weise so ausgebildet, dass die Fluidbeaufschlagung der beiden Antriebskammern 25, 26 sowohl durch die starre Gehäusewand 12 hindurch als auch durch das diesbezüglich bewegbare Abtriebsglied 6 hindurch stattfinden kann. Zu diesem Zweck erstreckt sich in dem Abtriebsglied 6 mindestens ein weiterer erster Steuerkanal 27', der über eine an der Außenfläche der Endplatte 15 angeordnete weitere Anschlussöffnung 27a' zugänglich ist. Außerdem erstreckt sich in dem Abtriebsglied 6 mindestens ein weiterer zweiter Steuerkanal 28', der mit einer weiteren Anschlussöffnung 28a' ebenfalls zur Außenfläche der Endplatte 15 ausmündet. Die weiteren Anschlussöffnungen 27a', 28a' befinden sich vorzugsweise an der der Unterseite 45 der Bodenwand 12a entgegengesetzten Oberseite 46 der Endplatte 15.
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Vorzugsweise münden die weiteren ersten Steuerkanäle 27' an der der Durchbrechung 16 axial entgegengesetzten Stirnseite in den zweiten Kammerabschnitt 25b ein. Der mindestens eine weitere zweite Steuerkanal 28' erstreckt sich zweckmäßigerweise koaxial durch den Stangenabschnitt 24 hindurch, so dass er an der Innenfläche 37 der Antriebsplatte 18 in die zweite Antriebskammer 26 einmündet.
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Bei dem in 2 illustrierten Ausführungsbeispiel werden nur die an der Gehäusewand 12 angeordneten Anschlussöffnungen 27a, 28a genutzt. Aus diesem Grunde sind die an der Endplatte 15 angeordneten Anschlussöffnungen 27a', 28a' durch bevorzugt lösbar angebrachte Verschlusselemente 47 fluiddicht verschlossen. Bei den Verschlusselementen 47 handelt es sich beispielsweise um Verschlussstopfen.
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Sollen stattdessen die an dem Abtriebsglied 6 angeordneten Anschlussöffnungen 27a', 28a' genutzt werden, werden die zugeordneten Verschlusselemente 47 entfernt und werden stattdessen die an der Gehäusewand 12 ausgebildeten Anschlussöffnungen 27a, 28a durch Verschlusselemente dicht verschlossen. Man hat übrigens auch die Möglichkeit, die jeweils eine Antriebskammer 25 oder 26 von der Gehäusewand 12 her und die jeweils andere Antriebskammer 26, 25 von dem Abtriebsglied 6 her fluidisch anzusteuern.
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Vorzugsweise entspricht das Verteilungsmuster der an der Oberseite 46 der Endplatte 5 angeordneten Anschlussöffnungen 27a', 28a' exakt demjenigen der an der Unterseite 45 der Gehäusewand 12 angeordneten Anschlussöffnungen 27a, 28a. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Paketierung einer Mehrzahl der Balgaktoren 2 zur Bildung einer baugruppenartigen Antriebseinheit 48, die mit exemplarischem Aufbau in 3 und 4 illustriert ist.
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Bei der abgebildeten Antriebseinheit 48 sind mehrere, hier: drei Stück, der anhand 1 und 2 beschriebenen Balgaktoren 2 mit koaxial ausgerichteten Hauptachsen 3 unter Bildung eines Aktorstapels aneinandergereiht, wobei unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnete Balgaktoren 2 derart aneinandergesetzt sind, dass der jeweils obere Balgaktor 2 mit der Unterseite 45 seines Gehäusekörpers 4 auf der Oberseite 46 des Abtriebsgliedes 6 des darunter angeordneten Balgaktors 2 angeordnet ist. Dabei liegen sich im jeweiligen Fügebereich die am Gehäusekörper 4 angeordneten Anschlussöffnungen 24a, 28a und die an der Endplatte 15 angeordneten weiteren Anschlussöffnungen 27a', 28a' zuordnungsrichtig gegenüber und kommunizieren miteinander. Da in diesem Fall in den Fügebereichen keine Verschlusselemente 47 vorhanden sind, ergeben sich pro Antriebseinheit 48 zwei voneinander unabhängige Steuerkanalnetze 52, 53, von denen das eine, erste Steuerkanalnetz 52 aus einer Reihenschaltung der ersten Steuerkanäle 27 und ersten Antriebskammern 25 besteht und das andere, zweite Steuerkanalnetz 53 aus einer Reihenschaltung der zweiten Steuerkanäle 28 und der zweiten Antriebskammern 26. Auf diese Weise können sämtliche in der Antriebseinheit 28 vereinigten Balgaktoren 2 einheitlich dadurch betätigt werden, dass an nur einem dieser Balgaktoren 2 eine Fluideinspeisung oder Fluidabfuhr bezüglich des betreffenden Steuerkanalnetzes 52 oder 53 stattfindet. Beispielsweise kann eine Fluideinspeisung in die Steuerkanalnetze 52, 53 über die am zuunterst angeordneten Balgaktor 2 ausgebildeten Anschlussöffnungen 27a, 28a bewirkt werden. Es versteht sich, dass in diesem Fall die an der Oberseite 46 des zuoberst liegenden Balgaktors 2 angeordneten Anschlussöffnungen 27a', 28a' durch nicht weiter abgebildete Verschlusselemente 47 verschlossen werden bzw. verschließbar sind.
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Jeder Balgaktor 2 kann an der Seitenwand 12b des Gehäusekörpers 4 und/oder seitlich an der Endplatte 15 weitere Anschlussöffnungen aufweisen, die mit den internen Antriebskammern 25, 26 kommunizieren und die miteinander verbunden werden bzw. sind, wenn Balgaktoren quer zu der Hauptachse 3 aneinander angesetzt werden oder sind. Somit ist eine Antriebseinheit 48 zusammensetzbar, in der mehrere Balgaktoren 2 dreidimensional matrixartig sowohl längs als auch quer aneinandergesetzt und fluidisch vernetzt sind, die alle einheitlich mittels nur zweier dreidimensionaler Steuerkanalnetze 52, 53 betätigt werden können.
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Wenn die Balgaktoren 2 zu einer Antriebseinheit 48 zusammengesetzt werden, können die an der Oberseite der Endplatte 15 ausgebildeten mechanischen Schnittstellenmittel 8 in Verbindung mit weiteren Schnittstellenmitteln 8', die an der Unterseite 45 der Bodenwand 12a ausgebildet sind, dazu genutzt werden, die Balgaktoren 2 paarweise aneinander zu befestigen.
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Die gegenseitige Befestigung kann beispielsweise im Rahmen einer Rastverbindung stattfinden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3542547 A1 [0002]
- US 3528344 [0003]
- DE 3408607 A1 [0004]
