DE102019205954A1

DE102019205954A1 - Hydraulischer oder pneumatischer Aktor

Info

Publication number: DE102019205954A1
Application number: DE102019205954.6A
Authority: DE
Inventors: Wahid Kord Gharachorloo
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2020-10-29

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen oder pneumatischer Aktor (10) mit zumindest einem beweglichen Aktorelement (12) zur Kraft- oder Momentübertragung und zumindest einem flexiblen Ausdehnungselement, das eingerichtet ist, unter Ausdehnung ein Medium aufzunehmen und in Abhängigkeit von der Ausdehnung eine Kraft oder ein Moment auf das Aktorelement (12) auszuüben und dieses zu bewegen. Hierbei ist das zumindest eine Ausdehnungselement ein Schlauch (11), der in mehreren Lagen angeordnet ist, die jeweils gemeinsam auf das bewegliche Aktorelement (12) einwirken.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen oder pneumatischen Aktor mit einem in mehreren Lagen angeordneten Schlauch. Ferner betrifft die Erfindung einen hydraulischen oder pneumatischen Drehmomentmotor, der als Antriebseinheit einen solchen hydraulischen oder pneumatischen Aktor aufweist. Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung des hydraulischen oder pneumatischen Aktors in einem medizinischen Gerät.
Stand der Technik
Hydraulische oder pneumatische Aktoren, z. B. expandierende flexible Fluidaktoren oder Balgaktoren, weisen ein flexibles Element auf, welches durch das Medium - daher bei hydraulischen Aktoren durch eine Hydraulikflüssigkeit und bei pneumatischen Aktoren durch ein unter Druck stehendes Gas - ausgedehnt wird. Dabei kommt es in Kontakt mit einem Aktorelement, welches die erzeugte Kraft oder das erzeugte Moment überträgt. Bei typischerweise in der Praxis eingesetzten hydraulischen oder pneumatischen Aktoren ist das flexible Ausdehnungselement linear ausgebildet und diese wirken auf eine in einer Ebene liegenden, geraden Fläche des Aktorelements. Die Kraft ist abhängig von der Größe der Fläche und dem Druck des Fließmediums. Es wird angestrebt hydraulische und pneumatische Aktoren in immer kleiner werdenden Systemen einzusetzen, wobei die Aktoren weiterhin eine große Kraft zur Verfügung stellen sollen.
Viele Geräte bzw. Anwendungen benötigen einen Drehmomentmotor mit einem hohen Drehmoment über nur wenige Umdrehungen. Danach kann der Drehmomentmotor wieder zur Ruhe kommen. Beispielsweise wird bei einer Start-Stopp-Automatik bei jedem Start ein hohes Drehmoment benötigt, bis der Motor gestartet ist. Typischerweise stellen heutzutage verwendete Drehmomentmotoren ein konstant hohes Drehmoment zur Verfügung.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein hydraulischer oder pneumatischer Aktor vorgeschlagen. Dieser weist zumindest ein bewegliches Aktorelement zur Kraft- oder Momentübertragung und zumindest ein flexibles Ausdehnungselement auf. Wird das Ausdehnungselement mit einem Medium gespeist, so nimmt es das Medium auf und dehnt sich dabei aus. Bei einem hydraulischen Aktor ist dieses Medium eine Hydraulikflüssigkeit, bei einem pneumatischen Aktor ist es ein unter Druck stehendes Gas. Das Maß für die Ausdehnung des flexiblen Ausdehnungselements ist dabei abhängig von der Füllung oder dem Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit bzw. des Gases. Wenn sich das zumindest eine flexible Ausdehnungselement ausdehnt, kommt es in Kontakt mit dem zumindest einen beweglichen Aktorelement. Abhängig von der Ausdehnung des zumindest einen flexiblen Ausdehnungselements wird eine Kraft oder ein Moment auf das zumindest eine bewegliche Aktorelement ausgeübt. Das bewegliche Aktorelement wird dadurch bewegt und kann die Kraft bzw. das Moment somit übertragen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr bewegliche Aktorelemente gleichzeitig in Abhängigkeit von der Ausdehnung zumindest einen flexiblen Ausdehnungselements bewegt werden und die Kraft bzw. das Moment an verschiedenen Komponenten übertragen können.
Es kann ein zweites Ausdehnungselement vorgesehen sein, das ebenfalls in mehreren Lagen in dem Aktor angeordnet ist. Das zweite Ausdehnungselement kann getrennt vom oben beschriebenen Ausdehnungselement (erstes Ausdehnungselement) mit dem Medium versorgt werden, wodurch es sich ausdehnt. Bei der Ausdehnung wirkt das zweite Ausdehnungselement eine Kraft auf das Aktorelement aus, die der Kraft des ersten Ausdehnungselements entgegenwirkt. Somit wird das Aktorelement wieder in seine Ausgangsposition zurückbewegt. Durch dieses zweite Ausdehnungselement kann ein Zwei-Wege-Aktor realisiert werden.
Das zumindest eine flexible Ausdehnungselement kann hierbei ein Schlauch sein, der in mehreren Lagen angeordnet ist. Als Schlauch ist hierbei im Allgemeinen ein schlauchartiges Element, also ein flexibler länglicher Hohlkörper, der sowohl biegbar als auch dehnbar ist, gemeint. Die Lagen des Schlauchs sind unterschiedliche Abschnitte des Schlauchs, die übereinander- oder nebeneinanderliegend oder auch versetzt zueinander in unterschiedlichen Ebenen, also z. B. in unterschiedlichen Höhen oder in unterschiedlichen Längen, angeordnet sind. Die Lagen des Schlauchs können aneinander liegen, daher sich berühren, andererseits können sie auch voneinander getrennt sein, beispielsweise durch andere Komponenten, die zwischen den Lagen des Schlauchs angeordnet sind. Die mehreren Lagen wirken jeweils gemeinsam auf das bewegliche Aktorelement ein, das heißt sie üben gemeinsam eine Kraft oder ein Moment auf das bewegliche Aktorelement aus. Über das sich bewegende Aktorelement wird dann die Kraft des Aktors bereitgestellt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Aktor als Linearaktor ausgebildet, bei dem das bewegliche Aktorelement eine translatorische Bewegung ausübt.
Vorzugsweise ist das bewegliche Aktorelement in mehreren Lagen ausgebildet und die einzelnen Lagen des Schlauchs wirken kaskadenartig in den unterschiedlichen Ebenen auf die entsprechenden Lagen des beweglichen Aktorelement ein. Dadurch wird die vom Aktor erzeugte Kraft in Abhängigkeit von den Lagen vervielfacht. Im Vergleich zu herkömmlichen flexiblen Fluidaktoren oder Balgaktoren, bei denen das flexible Element linear, daher nicht in mehreren Lagen, ausgebildet ist, wird bei diesen Aktoren, bei denen das flexible Ausdehnungselement ein Schlauch ist, der in mehreren Lagen angeordnet ist, eine wesentlich höhere Kraftdichte bezogen auf das Volumen und den eingenommenen Platz der Aktoren bereitgestellt.
Zudem sind die Ausfuhrgeschwindigkeit des Aktors und der Druck im flexiblen Schlauch auch während der Bewegungsphase des Mediums steuerbar. Damit ist es möglich die Größe des Aktors erheblich zu verringern und weiterhin eine ausreichend große Kraft zur Verfügung zu stellen.
Der Schlauch kann mäanderförmig ausgebildet sein. Hierbei liegen die einzelnen Lagen des Schlauchs in unterschiedlichen Ebenen übereinander oder nebeneinander und sind durch weitere Abschnitte, die im Wesentlichen senkrecht zu den Lagen verlaufen, verbunden. Vorzugsweise sind die Lagen des Schlauchs senkrecht zur Radialrichtung an den Lagen des beweglichen Aktorelements angeordnet. Dehnt sich der Schlauch nun aus, wird das Aktorelement linear bewegt.
Alternativ kann der Schlauch spiralförmig angeordnet sein, wobei die Lagen des Schlauchs in Windungen der Spirale angeordnet sind. Der Schlauch verläuft in mehreren Ebenen verlaufen und somit schraubenförmig angeordnet sein. Durch die mehreren Lagen wird die Hublänge des Aktors verringert. Somit wird das Material des Aktorelements weniger beansprucht. Dabei kann die Hublänge durch die eingesetzten Materialien variiert werden.
Das zumindest eine bewegliche Aktorelement kann vorteilhafterweise als mechanische Feder ausgebildet sein. Die mechanische Feder kann eine der folgende Arten sein: Schraubenfeder, Spiralfeder, usw. Dabei bilden die Wicklungen der Feder selbst mehrere Lagen, die übereinanderliegend oder versetzt zueinander angeordnet sind. Folglich können der Schlauch und das Aktorelement eine ähnliche Form aufweisen und somit zueinander bzw. ineinander passen.
Die Feder weist zwischen den Windungen Zwischenräume auf, in denen der Schlauch zwischen den Windungen des Aktorelements angeordnet sein kann. Hierfür können in den Windungen des Aktorelements Aussparungen vorgesehen sein, in denen der Schlauch in seiner Ausgangsform verläuft. Für den Fall einer Schraubenfeder und eines schraubenförmigen Schlauchs können die Lagen des Schlauchs entlang der Vorzugsrichtung der Feder zwischen den Windungen der Schraubenfeder angeordnet sein. Dehnt sich der Schlauch aus, wird die Feder entlang der Vorzugsrichtung ausgelenkt und somit zumindest ein Ende der Feder linear bewegt.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Führungsstange oder ein Führungsrohr oder eine Kombination der beiden vorgesehen sein, um die Stabilität der Anordnung zwischen dem Schlauch und dem Aktorelement zu erhöhen. Vorzugsweise ist die Führungsstange bzw. das Führungsrohr im Zentrum des Aktors angeordnet und der Schlauch und gegebenenfalls das bewegliche Aktorelement sind um die Führungsstange bzw. das Führungsrohr herum angeordnet.
Ein weiterer Vorteil der hier genannten Aktoren ist ihre hohe Flexibilität. So ist es möglich sowohl gerade verlaufende Linearaktoren, deren Enden auf einer Linie liegen, als auch gebogene (gekrümmte) Linearaktoren, deren Enden von einer Linie abweichen, zu realisieren. Somit können die Linearaktoren um Hindernisse herumgeführt werden. Dadurch erweitern sich die Einsatzmöglichkeiten solcher Linearaktoren und die Linearaktoren können leicht in bestehende Systeme, Geräte, Maschine, usw. integriert werden, ohne eine aufwendige Neugestaltung durchführen zu müssen. Die gewünschte Form der Aktoren wird unter anderem durch die Form des Gehäuses und/oder der Führungsstange bzw. des Führungsrohrs erreicht. Dabei kann sowohl das Gehäuse als auch die Führungsstange bzw. das Führungsrohr derart gebogen sein, dass die gewünschte Form erreicht wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Aktor als Drehaktor ausgebildet, bei dem das bewegliche Aktorelement eine Rotationsbewegung ausübt. Der Drehaktor kann als Antriebselement eines hydraulischen oder pneumatischen Drehmomentmotors dienen, wie weiter unten beschrieben wird.
Auch hier kann der Schlauch spiralförmig angeordnet sein, wobei die Lagen des Schlauchs in Windungen der Spirale angeordnet sind. Der Schlauch kann als flache Spirale ausgebildet sein. Vorteilhafterweise ist das bewegliche Aktorelement dann in gleicher Weise spiralförmig, insbesondere als flache Spirale ausgebildet. Der Schlauch kann dann zwischen den Windungen des beweglichen Aktorelements angeordnet sein. Dehnt sich der spiralförmig angeordnete Schlauch aus, so vergrößert sich der Radius der einzelnen Windungen und das bewegliche Aktorelement wird entsprechend bewegt. Dadurch wird ein hohes Drehmoment bereitgestellt.
Ebenso kann in diesem Fall das zumindest eine bewegliche Aktorelement vorteilhafterweise selbst als mechanische Feder ausgebildet sein. Die mechanische Feder kann eine der folgende Arten sein: Spiralfeder, Antriebsfeder, Schneckenfeder, Drehmomentfeder usw. Dabei bilden die Wicklungen der Feder selbst mehrere Lagen, die nebeneinanderliegend oder versetzt zueinander angeordnet sind. Folglich können der Schlauch und das Aktorelement eine ähnliche Form aufweisen und somit zueinander bzw. ineinander passen.
Die Feder weist zwischen den Windungen Zwischenräume auf, in denen der Schlauch zwischen den Windungen des Aktorelements angeordnet sein kann. Hierfür können in den Windungen des Aktorelements Aussparungen vorgesehen sein, in denen der Schlauch in seiner Ausgangsform verläuft. Für den Fall einer Spiralfeder und eines spiralförmigen Schlauchs, können die Lagen des Schlauchs in Radialrichtung in den Zwischenräumen zwischen den Windungen der Spiralfeder angeordnet sein. Dehnt sich der Schlauch aus, wird die Spiralfeder in Radialrichtung gespreizt was zu einer Drehbewegung des äußeren Endes der Feder in Umfangsrichtung führt.
Optional weist der Schlauch einen abgeflachten Querschnitt auf, wobei die abgeflachte Seite mit dem Aktorelement in Kontakt kommt. Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen dem Schlauch und dem Aktorelement vergrößert.
Der Aktor kann ein Gehäuse aufweisen, innerhalb dem zumindest ein Teil des Schlauchs geführt wird. Dabei ist insbesondere die Anordnung des Schlauchs in Lagen innerhalb des Gehäuses vorgesehen. Der bewegliche Aktor kann zumindest teilweise ebenfalls innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Das Gehäuse dient zum einen zur Führung des Schlauchs und des beweglichen Aktors. Dabei kann das Gehäuse für sich genommen oder zusammen mit dem beweglichen Aktor die mehreren Lagen, in denen der Schlauch angeordnet ist, vorgeben. Hierfür kann das Gehäuse Vorsprünge aufweisen, entlang denen der Schlauch geführt wird.
Darüber hinaus kann das Gehäuse Hohlräume aufweisen. Der Schlauch kann sich bei seiner Ausdehnung in diese Hohlräume hinein ausdehnen. Zudem kann vorgesehen sein, dass sich Teile des beweglichen Aktors bei der Ausdehnung des Schlauchs in diese Hohlräume bewegen können.
Das Gehäuse erhöht demzufolge die Stabilität der Anordnung zwischen dem Schlauch, der durch das Gehäuse geführt wird, und dem Aktorelement. Außerdem bilden der Schlauch und das Aktorelement mittels des Gehäuses eine nach außen geschützte Einheit, die direkt verbaut werden kann.
Gemäß einem Aspekt kann der Aktor ein Rückstellelement aufweisen. Die Rückstellkraft dieses Rückstellelements wirkt der Ausdehnung des Schlauchs entgegen. Dadurch wird der Schlauch in seine Ausgangsform und in seine Ausgangsposition zurückversetzt, wenn der Schlauch nicht mehr mit dem Medium versorgt wird. Darüber hinaus kann das bewegliche Aktorelement durch das Rückstellelement an den Schlauch gepresst werden, sodass sich das bewegliche Aktorelement in seine Ausgangsposition bewegt, wenn der Schlauch nicht mehr mit dem Medium versorgt wird. Vorzugsweise ist das Rückstellelement eine mechanische Feder. Insbesondere kann das Rückstellelement an einem Ende mit dem beweglichen Aktorelement und an dem anderen Ende mit dem Gehäuse verbunden sein.
Außerdem kann mittels des Rückstellelements erreicht werden, dass der sich ausdehnende Schlauch eine Kraft ausüben muss, mit der die Rückstellkraft überwunden werden kann, bevor das Rückstellelement bewegt wird. Dadurch kann der Aktor vorgespannt werden.
Ist das bewegliche Aktorelement, wie oben beschrieben, als mechanische Feder ausgebildet, so kann diese als das obengenannte Rückstellelement, welches der Ausdehnung des Schlauchs entgegenwirkt, dienen. Demzufolge tendiert das bewegliche Aktorelement dazu, selbst in seine Ausgangsposition zurückzukehren. Wenn der Schlauch nicht mehr mit Medium versorgt wird, wird dieser durch die Rückstellkraft des als Rückstellelement wirkenden Aktorelements in seine Ausgangsform und in seine Ausgangsposition zurückversetzt. Zudem kann durch die Wahl der Form, der Federspannung und des Materials usw. des Aktorelements bestimmt werden, welche Kraft der sich ausdehnenden Schlauchs aufbringen muss, daher wie hoch die Füllung bzw. des Durchfluss des Mediums im Schlauch sein muss, um die Rückstellkraft des als Feder ausgebildeten Aktorelements zu überwinden, bevor dieses sich bewegt, wie stark das Aktorelement ausgelenkt wird und in welcher Zeit die Auslenkung erreicht wird.
Der Schlauch kann über einen Anschluss von einer externen Quelle mit dem Medium versorgt werden. Gemäß einem Aspekt weist der Aktor für den Fall eines hydraulischen Aktors einen Hydraulikspeicher auf, in dem die Hydraulikflüssigkeit vorgehalten wird und über den der Schlauch mit der Hydraulikflüssigkeit versorgt wird. Für den Fall eines pneumatischen Aktors weist der Aktor einen Gas-Druckbehälter auf, der mit unter Druck stehendem Gas gefüllt ist und über den der Schlauch mit dem Gas versorgt wird. Durch den internen Speicher kann die zum Pumpen des Mediums benötigte Leistung reduziert werden und somit der Energieverbrauch reduziert werden. Zudem kann die im Hydraulikspeicher bzw. im Gas-Druckbehälter gespeicherte Energie genutzt werden, z. B. beim Anfahren des Aktors.
Bevorzugt ist der Hydraulikspeicher bzw. der Gas-Druckbehälter innerhalb des Gehäuses, besonders bevorzugt im Zentrum des Gehäuses angeordnet. Bei einem Linearaktor kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Hydraulikspeicher bzw. der Gas-Druckbehälter vom Schlauch umschlossen wird. Somit kann der Hydraulikspeicher bzw. der Gas-Druckbehälter als obengenannte Führungsstange bzw. Führungsrohr dienen und zur Stabilität beitragen. Die Form des Hydraulikspeichers bzw. des Gas-Druckbehälters kann, wie oben bereits beschrieben an die für den Aktor gewünschte Form angepasst werden, demnach kann er auch gebogen sein. Zudem können auch zwei oder mehrere integrierte Speicher vorgesehen sein.
Des Weiteren wird ein hydraulischer oder pneumatischer Drehmomentmotor vorgeschlagen, der als Antriebseinheit einen hydraulischen oder pneumatischen Drehaktor wie vorstehend beschrieben aufweist. Wird der der in mehreren Lagen angeordnete Schlauch des Aktors mit einem Medium gespeist, so nimmt er das Medium auf und dehnt sich dabei aus. Wenn sich der zumindest eine Schlauch ausdehnt, kommt er in Kontakt mit dem zumindest einen beweglichen Aktorelement. Abhängig von der Ausdehnung des zumindest einen Schlauchs wird ein Drehmoment auf das zumindest eine bewegliche Aktorelement ausgeübt, wodurch sich dieses bewegt. Das Aktorelement ist dazu eingerichtet, das durch die Ausdehnung erzeugte Drehmoment als Antrieb auf den Drehmomentmotor zu übertragen. Im Speziellen kann das Drehmoment auf ein Gehäuse, insbesondere auf das Außengehäuse oder auf das Gehäuse des Druckspeichers oder auf eine Führungsstange bzw. auf ein Führungsrohr, übertragen werden.
Solch ein Drehmomentmotor bietet den Vorteil, dass er ein wesentlich größeres Drehmoments im Vergleich zu herkömmlichen Drehmomentmotors mit denselben Abmessungen und demselben Druck erzeugt. Um eine hohe Drehzahl zu erreichen, kann eine Übersetzung vorgesehen sein, mit dem die wenigen Umdrehungen des Drehmomentmotors bei hohem Drehmoment in eine größere Anzahl von Drehungen umgewandelt werden.
Der Drehmomentmotor kann beispielsweise eingesetzt werden, um eine Verbrennungsmaschine zu starten, insbesondere in Zusammenhang mit einer Start-Stopp-Automatik. Hierfür werden nur wenige Umdrehungen benötigt, die in kurzer Zeit erreicht werden. Andererseits kann der Drehmomentmotor bei Arbeitsmaschinen eingesetzt werden, um beispielswiese Gelenke zu bewegen.
Die vorstehend genannten Weiterentwicklungen im Zusammenhang mit dem hydraulischen bzw. pneumatischen Drehaktor können auf den hydraulischen bzw. pneumatischen Drehmomentmotor übertragen werden. Es wird hierzu auf denen Beschreibung und Vorteile verwiesen.
Insbesondere kann im Drehmomentmotor, innerhalb des Drehaktors ein Hydraulikspeicher oder ein Gas-Druckbehälter, wie oben beschrieben, vorgesehen sein. Der Hydraulikspeicher bzw. Druckbehälter kann im Zentrum des Aktors angeordnet sein. Alternativ kann der Hydraulikspeicher bzw. Druckbehälter auch in einem Hohlraum des Gehäuses angeordnet sein. Bevorzugt ist der Hohlraum zwischen dem Aktorelement und dem Gehäuse angeordnet ist. Dadurch wird außerdem die Reibung zwischen dem beweglichen Aktorelement und dem Gehäuse reduziert. Die im obengenannten Hydraulikspeicher bzw. Druckbehälter gespeicherte Energie kann zudem beim Anfahren des Drehmomentmotors verwendet werden. Dies bietet vor allem bei der Start-Stopp-Automatik den Vorteil, dadurch den Verbrennungsmotor starten zu können.
Vorzugsweise ist das zumindest eine bewegliche Aktorelement eine Spiralfeder und der Schlauch ist spiralförmig ausgebildet und in den Zwischenräumen zwischen den Windungen der Spiralfeder angeordnet. Dehnt sich der Schlauch aus, wird die Spiralfeder in Radialrichtung gespreizt was zu einer Drehbewegung des äußeren Endes der Feder in Umfangsrichtung führt. Da bei dem Drehmomentmotor nur eine Bewegung in Umfangsrichtung benötigt wird, ist das bewegliche Aktorelement in Form einer Spiralfeder und der spiralförmige Schlauch in einer Ebene ausgebildet.
Bei den hier vorgeschlagenen Aktoren können eine Vielzahl von Abmessungen und Formen vorgesehen sein. Es kann im Prinzip jede gewünschte Form oder Abmessung realisieren werden, bis die physikalischen Grenzen erreicht sind.
Darüber hinaus wird die Verwendung des oben beschriebenen hydraulischen oder pneumatischen Linearaktors in einem medizinischen Gerät vorgeschlagen. Die erhöhte Kraftdichte und der flexible Einsatz machen die Verwendung in einem relativ kleinen medizinischen Gerät möglich. Beispielsweise ist ein solches Gerät ein Nadellosspritzgerät.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt einen Querschnitt durch einen hydraulischen oder pneumatischen Aktor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine Seitenansicht auf einen hydraulischen oder pneumatischen Aktor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt einen Querschnitt durch einen hydraulischen oder pneumatischen Aktor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung mit einer Führungsstange.
4 zeigt einen Querschnitt durch einen hydraulischen oder pneumatischen Aktor gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung aus 3 mit einem Druckspeicher.
5 zeigt einen Querschnitt durch einen hydraulischen oder pneumatischen Aktor gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
6 zeigt einen Querschnitt durch einen hydraulischen oder pneumatischen Aktor gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
7 zeigt einen Querschnitt durch einen hydraulischen oder pneumatischen Drehmomentmotor gemäß einer Ausführung der Erfindung mit einem hydraulischen oder pneumatischen Aktor gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung aus 6.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele betreffen hydraulische Aktoren, die in Kurzform nur Aktoren genannt werden. Allerdings können die Ausführungsbeispiele direkt auf pneumatische Aktoren übertragen werden. Hierfür wird anstelle der Hydraulikflüssigkeit ein unter Druck stehendes Gas als Medium verwendet und der Hydraulikspeicher durch einen Druckspeicher für das unter Druck stehende Gas ersetzt. Die angegebenen Maße und Größen sollen nur als Beispiel angesehen werden. Es können abhängig vom Anwendungsfall andere Dimensionierungen vorgesehen sein. Die Maße dienen als Produktions- bzw. Fertigungsparameter.
Die 1 zeigt einen Querschnitt durch einen zylinderförmigen Linearaktor 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Aktor 10 weist einen flexiblen Schlauch 11 und ein bewegliches Aktorelement 12 auf, die in einem Gehäuse 13 angeordnet sind. In diesem Beispiel beträgt ein Innendurchmesser des Gehäuses 13 ca. 40 mm und ein Innendurchmesser des Aktorelements 12 beträgt ca. 10 mm. Das Gehäuse 13 weist mehrere Vorsprünge 131 auf, die in mehreren Ebenen - in diesem Beispiel sieben Ebenen - übereinander angeordnet sind, wobei die Vorsprünge 131 senkrecht zu einer Längsrichtung R_L des Aktors 10 ausgebildet sind. Zwischen den Vorsprüngen 131 sind Hohlräume 132 im Gehäuse 13 gebildet. Der Schlauch 11 ist in mehreren Lagen - in diesem Beispiel ebenfalls sieben Lagen - angeordnet, die in jeder Ebene auf den Vorsprüngen 131 des Gehäuses 13 aufliegen. Das Aktorelement 12 weist einen Führungsteil 121, welcher im Zentrum des Aktors 10 in Längsrichtung R_L des Aktors 10 verläuft, und mehrere mit diesem Führungsteil 121 fest verbundene Kontaktteile 122 auf, die in mehreren Lagen senkrecht zur Längsrichtung R_L des Aktors 10 angeordnet sind und in jeder Ebene mit den Lagen des Schlauchs 11 in Kontakt stehen. Die Lagen des Schlauchs 11 und die mit diesen Lagen in Kontakt stehenden Kontaktteile 122 sind in den Hohlräumen 132 angeordnet. Dabei sind die Hohlräume 132 zumindest in einem Ausgangszustand, in dem der Schlauch 11 nicht befüllt ist, nichtvollständig ausgefüllt und bieten demnach einen Ausdehnungsraum in Längsrichtung R_L des Aktors 10.
Der Schlauch 11 ist schraubenförmig ausgebildet, wobei die Windungen der Spirale den Lagen des Schlauchs entsprechen. Alternativ kann der Schlauch 11 mäanderförmig ausgebildet sein, wobei die einzelnen Lagen durch hier nicht dargestellte, im Wesentlich senkrecht verlaufende Abschnitte des Schlauchs 11 verbunden sind. Der Innendurchmesser des Schlauchs 11 im Ausgangszustand liegt in diesem Beispiel im Millimeterbereich, wobei der Schlauch 11 stark abgeflacht ist, sodass die Kontaktfläche zu den Kontaktteilen 122 des beweglichen Aktorelements 12 möglichst groß ist. In 1 ist der Ausgangszustand dargestellt. Über ein Ventil 14 wird Hydraulikflüssigkeit aus einer externen Quelle (hier nicht dargestellt) in den Schlauch 11 eingelassen. Abhängig von der Füllung oder dem Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit dehnt sich jede Lage des Schlauchs 11 aus. Durch die Ausdehnung der Lagen des Schlauchs 11, wird eine Kraft auf die Kontaktteile 122 des beweglichen Aktors 12 ausgeübt, durch die sich die Kontaktteile 122 in die noch freien Regionen der Hohlräume 5 bewegen. Gleichzeitig füllt der sich ausdehnende Schlauch 11 die Hohlräume 132 aus. Zusammen mit den Kontaktteilen 122 bewegt sich auch das Führungsteil 121 des Aktorelements 12 in die Längsrichtung R_L des Aktors 10. Schließlich wird über das Führungsteil 121 des sich bewegenden Aktorelements 12 eine Kraft F des Aktors 10 bereitgestellt.
Des Weiteren ist eine Rückstellfeder 15 zwischen dem Gehäuse 13 und dem Aktorelement 12 derart angeordnet, dass ihre Rückstellkraft entgegen der Längsrichtung R_L der Bewegung des Aktorelements 12 bei der Ausdehnung des Schlauchs 11 entgegenwirkt. Zum einen muss damit die durch die Ausdehnung des Schlauchs 11 erzeugte Kraft die Rückstellkraft überwinden, bevor sich das Aktorelement 12 bewegt. Zum anderen werden dann, wenn der Schlauch 11 nicht mehr mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird und keine Kraft mehr ausübt, das Aktorelement 12 in seine Ausgangsposition bewegt und der Schlauch 11 mittels den Kontaktteilen 122 in seine Ausgangsform und Ausgangsposition zurückgedrückt. In dieser Ausführungsform wird bei einem Druck von ca. 10 bar eine Kraft von ca. 3,4 kN erzeugt.
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist ein zweiter Schlauch in mehreren Lagen in den Hohlräumen 132 angeordnet, der getrennt vom Schlauch 11 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt werden kann. Der zweite Schlauch wird dann Hydraulikflüssigkeit versorgt und dehnt sich aus, sodass das Aktorelement 12 wieder in seine Ausgangsposition zurückgeführt wird. Dadurch wird ein Zwei-Wege-Aktor erhalten. Auf die oben beschriebene Rückstellfeder 15 kann in diesem Fall verzichtet werden.
2 zeigt eine Seitenansicht auf einen Linearaktor 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Das Aktorelement 22 ist in diesem Beispiel in Form einer Schraubenfeder mit 10 Windungen ausgebildet. Die Schraubenfeder kann z. B. ein quadratisches oder gerundetes Federprofil aufweisen und die Federkraft wirkt entgegen der Längsrichtung R_L der Feder. In diesem Beispiel beträgt ein Außendurchmesser der Schraubenfeder ca. 40 mm und ein Innendurchmesser der Schraubenfeder ca. 20 mm und die Höhe der nicht ausgelenkten Schraubenfeder beträgt ca. 200 mm. Der flexible Schlauch 21 ist in entsprechender Weise in schraubenform ausgebildet, wobei die Lagen des Schlauchs 21 mittig in den Zwischenräumen zwischen den Windungen des Aktorelements 22 angeordnet sind und sich die Lagen des Schlauchs 21 und die Windungen des Aktorelements in Längsrichtung R_L abwechseln. In diesem Beispiel weist der Schlauch 21 im unbelasteten Zustand, daher wenn die Schraubenfeder nicht auf den Schlauch 21 drückt und dieser auch nicht Hydraulikflüssigkeit versorgt wird, eine Breite von ca. 15 mm, eine Höhe von ca. 15 mm (jeweils bis zur Außenseite gemessen, daher der Außendurchmesser) und eine Wandstärke von ca. 2 mm auf. Die Schraubenfeder drückt den Schlauch im unausgedehnten Zustand auf eine Höhe von ca. 13 mm zusammen. In 2 ist der ausgedehnte Zustand dargestellt, bei dem der Schlauch 21 über ein Ventil 24 mit Hydraulikflüssigkeit von einer externen Quelle (nicht dargestellt) versorgt wird. Abhängig von der Füllung oder dem Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit im Schlauch 21 dehnt sich der Schlauch 21 aus. In diesem Beispiel dehnt sich der Schlauch 21 auf eine Höhe von ca. 15 mm aus. Dadurch wird das Aktorelement 22 in Längsrichtung R_L ausgelenkt und es wird eine Kraft F über die Enden des Aktorelements 22 übertragen. Die Hubhöhe pro Windung ist vergleichsweise gering und beträgt hier ca. 2 mm. Demnach beträgt die gesamte Hubhöhe für alle 10 Windungen ca. 20mm. Bei einem Druck von ca. 50 bar beträgt die Kraft F ca. 1,18 kN. Wie hier dargestellt, kann die Kraft F in beide Richtungen übertragen werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, eine Seite des Aktors 22 zu befestigen, sodass die Kraft F nur auf der gegenüberliegenden Seite übertragen wird.
Die Federkraft des Aktorelements 22 dient zudem als Rückstellkraft, die in gleicher Weise entgegen der Längsrichtung R_L der Ausdehnung des Schlauchs 21 entgegenwirkt, wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel (1) beschrieben. Zum einen muss damit die durch die Ausdehnung des Schlauchs 21 erzeugte Kraft die Rückstellkraft überwinden, um das Aktorelement 22 auszulenken. Zum anderen werden dann, wenn der Schlauch 21 nicht mehr mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird und keine Kraft mehr ausübt, das Aktorelement 22 in seine Ausgangsform versetzt und der Schlauch 21 mittels den Windungen des Aktorelement 22 in seine Ausgangsform und Ausgangsposition zurückgedrückt.
Die Parameter des Schlauchs 21, daher dessen Dicke, Länge und Durchmesser usw., und die Parameter der Feder, daher deren Federdicke, Federkonstante, Durchmesser, Länge, verwendete Materialen usw., werden für den jeweiligen Anwendungsfall gewählt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die Hublänge für jede Windung im Millimeterbereich. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Hubhöhe für jede der Ebenen je nach Anwendung im Zentimeter-, Millimeter-, Mikrometer-, oder Nanometerbereich liegen. Zudem kann über die Anzahl der Wicklungen die gesamte Hublänge variiert werden. Durch den Durchmesser der Feder und der Kontaktfläche des Schlauchs 21 kann die aktive Fläche für die Druck-Kraftumwandung variiert werden. Wird beispielsweise bei gleichem Druck eine höhere Kraft benötigt, kann der Innendurchmesser verringert werden. Entsprechend wird ein Schlauch mit größerer Breite gewählt. Somit wird eine größere Kraft bei gleichem Außendurchmesser des Aktors bereitgestellt.
Nachfolgend sind weitere Ausführungsbeispiele von Aktoren 30, 40, die ebenfalls ein Aktorelement 31, 41 in Form einer Schraubenfeder aufweisen, beschrieben. Die oben beschriebene Form und die Maße der Schraubenfeder und die Wirkung der Rückstellkraft, die durch diese Feder erzeugt wird, gelten weiterhin für diese Ausführungsbeispiele. Daher kann die Beschreibung der Schraubenfeder und die Wirkung der Rückstellkraft direkt aus Vorstehendem übernommen werden und wird nicht nochmal beschrieben. Ferner gilt, dass gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Diese Komponenten werden nur einmal beschrieben und es wird im Folgenden auf diese Beschreibung verwiesen.
Die 3 und 4 zeigen jeweils einen Querschnitt durch einen Aktor 30 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Das Aktorelement 32 ist in diesem Beispiel ebenfalls in Form einer Schraubenfeder ausgebildet. Der flexible Schlauch 31 ist in entsprechender Weise in schraubenform ausgebildet. Die Lagen des Schlauchs 31 sind in den Zwischenräumen zwischen den Windungen des Aktorelements 32 angeordnet, wobei sich die Lagen des Schlauchs 31 und die Windungen des Aktorelements 32 in Längsrichtung R_L abwechseln. Die Windungen weisen in diesem Ausführungsbeispiel Aussparungen auf, in denen der unausgedehnte Schlauch 31 Platz findet. In den 3 und 4 ist der Ausgangszustand dargestellt. Wird der Schlauch 31 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt, dehnt sich dieser abhängig von der Füllung oder dem Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit soweit aus, dass er aus den Aussparungen hervortritt. Dadurch wird das Aktorelement 32 in Längsrichtung R_L ausgelenkt. Der ausgelenkte Zustand entspricht dann im Wesentlichen dem in 2 dargestellten. Abhängig von der Ausdehnung des Schlauchs 31 und der Auslenkung des Aktorelements 32 wird eine Kraft F über ein Anschlussteil 322 am Ende des Aktorelements 31, welches die Feder abschließt, übertragen. Auf der dem Anschlussteil 322 gegenüberliegenden Seite ist die Feder mit einem Bodenteil 333 eines Gehäuses verbunden.
In 3 weist der Aktor 30 eine Führungsstange 36 auf, die im Zentrum des Aktors 30 angeordnet ist. Alternativ kann anstelle der Führungsstange 36 ein Führungsrohr verwendet werden (nicht dargestellt). Das Aktorelement 32 und damit auch der Schlauch 31, der innerhalb der Aussparungen des Aktorelements 32 verläuft, sind um die Führungsstange 36 herum angeordnet. Die Führungsstange 36 dient dazu, die Stabilität der Aktorelements 32 und des Schlauchs 31 vor allem im ausgedehnten Zustand zu erhöhen.
In 4 weist der Aktor einen Hydraulikspeicher 37 auf, der im Zentrum des Aktors 30 angeordnet ist. Dieser Hydraulikspeicher 37 versorgt den Schlauch 31 mit Hydraulikflüssigkeit. Der Anschluss zwischen dem Hydraulikspeicher 37 und dem Schlauch 31 ist hier nicht gezeigt. Auf eine externe Quelle kann daher verzichtet werden. Das Aktorelement 32 und damit auch der Schlauch 31, der innerhalb der Aussparungen des Aktorelements 32 verläuft, sind um den Hydraulikspeicher 37 herum angeordnet. Zusätzlich kann der Hydraulikspeicher 37 einen ähnlichen Zweck wie die Führungsstange 36 erfüllen und dazu dienen, die Stabilität der Aktorelements 32 und des Schlauchs 31 vor allem im ausgedehnten Zustand zu erhöhen. Eine Kombination aus der Führungsstange 36 und dem Hydraulikspeicher 37 ist ebenfalls möglich.
5 zeigt einen Querschnitt durch einen Aktor 40 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Das Aktorelement 42 ist in diesem Beispiel ebenfalls in Form einer Schraubenfeder mit 10 Windungen ausgebildet. In diesem Beispiel beträgt ein Außendurchmesser der Schraubenfeder ca. 60 mm und ein Innendurchmesser der Schraubenfeder ca. 10 mm und die Höhe der nicht ausgelenkten Schraubenfeder beträgt ca. 200 mm. Der flexible Schlauch 41 ist in entsprechender Weise in Schraubenform ausgebildet. Die Lagen des Schlauchs 41 sind in den Zwischenräumen zwischen den Windungen des Aktorelements 42 angeordnet, wobei der Schlauch 41 in diesem Fall als flacher Schlauch 41 ausgebildet ist, dessen Breite senkrecht zur Längsrichtung R_L deutlich größer als dessen Höhe in Längsrichtung R_L ist. In diesem Beispiel weist der Schlauch 41 im unbelasteten Zustand, daher wenn die Schraubenfeder nicht auf den Schlauch 41 drückt und dieser auch nicht Hydraulikflüssigkeit versorgt wird, eine Breite von ca. 45 mm, eine Höhe von ca. 5 mm (jeweils bis zur Außenseite gemessen, daher der Außendurchmesser) und eine Wandstärke von ca. 1,5 mm auf. Die Schraubenfeder drückt den Schlauch im unausgedehnten Zustand auf eine Höhe von ca. 3 mm zusammen Dadurch wird auch bei kleinen Zwischenräumen zwischen den Windungen eine große Kontaktfläche erreicht. In der 5 ist der Ausgangszustand dargestellt. Wird der Schlauch 41 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt, dehnt sich dieser abhängig von der Füllung oder dem Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit aus, sodass sich dessen Höhe in Längsrichtung deutlich vergrößert. In diesem Beispiel dehnt sich der Schlauch 21 auf eine Höhe von ca. 5 mm aus Dadurch wird das Aktorelement 42 in Längsrichtung R_L ausgelenkt. Der ausgelenkte Zustand entspricht dann im Wesentlichen dem in 2 dargestellten. Abhängig von der Ausdehnung des Schlauchs 41 und der Auslenkung des Aktorelements 42 wird die Kraft über das Anschlusselement 322 übertragen. Die Hubhöhe pro Windung beträgt hier ca. 2 mm. Demnach beträgt die gesamte Hubhöhe für alle 10 Windungen ca. 20 mm. Bei einem Druck von ca. 10 bar beträgt die Kraft F ca. 670 kN. In 5 ist ebenfalls eine Führungsstange 46 dargestellt. Für deren Beschreibung wird auf die dritte Ausführungsform in 3 verwiesen. Es ist ebenfalls möglich, einen Hydraulikspeicher, wie er im dritten Ausführungsbeispiel in 4 dargestellt ist, auf die hierzu verwiesen wird, oder eine Kombination aus Führungsstange und Hydraulikspeicher in den Aktor 40 zu implementieren.
Die Aktoren 10, 20, 30, 40 in den 1 bis 5 sind Linearaktoren, welche die Kraft entlang der Längsachse R_L aufwenden. In weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können die Linearaktoren auch gebogen sein. Hierfür ist insbesondere die Führungsstange 26 bzw. der Hydraulikspeicher 37 gebogen.
6 zeigt einen Querschnitt durch einen Drehaktor 50 gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Das Aktorelement 42 ist in diesem Beispiel in Form einer ebenen Spiralfeder ausgebildet. Der flexible Schlauch 51 ist in entsprechender Weise in ebener Spiralform ausgebildet, wobei die Lagen des Schlauchs 51 sind in den Zwischenräumen zwischen den Windungen des Aktorelements 52 angeordnet sind und sich die Lagen des Schlauchs 51 und die Windungen des Aktorelements 52 in Radialrichtung abwechseln. Im Zentrum des Aktors 50 ist ein Hydraulikspeicher 57 angeordnet, der den Schlauch 51 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt. Anstelle des Hydraulikspeichers 57 sind auch eine Führungsstange bzw. ein Führungsrohr und eine externe Quelle möglich. Abhängig von der Füllung oder dem Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit dehnt sich jede Lage des Schlauchs 11 in Radialrichtung aus. Durch die Ausdehnung der Lagen des Schlauchs 11, wird eine Kraft auf die Windungen des Aktorelements 52 ausgeübt, durch die das Aktorelement 52 in Radialrichtung gespreizt wird. Da das spiralförmige Aktorelement 52 gespreizt wird und dessen Länge unverändert bleibt, wird das äußere Ende 523 des Aktorelements 52 in Umfangsrichtung Ru bewegt und es wird ein Drehmoment erzeugt.
Die Federkraft des Aktorelements 52 dient zudem als Rückstellkraft, die in Radialrichtung der Ausdehnung des Schlauchs 51 entgegenwirkt. Zum einen muss damit die durch die Ausdehnung des Schlauchs 51 erzeugte Kraft die Rückstellkraft überwinden, um das Aktorelement 52 zu spreizen. Zum anderen werden dann, wenn der Schlauch 51 nicht mehr mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird und keine Kraft mehr ausübt, das Aktorelement 52 in seine Ausgangsform versetzt und der Schlauch 51 mittels den Windungen des Aktorelement 52 in seine Ausgangsform und Ausgangsposition zurückgedrückt.
7 zeigt einen Querschnitt durch einen hydraulischen Drehmomentmotor 100 gemäß einer Ausführung der Erfindung mit einem Aktor 50 gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung aus 6.
Es ist prinzipiell auch möglich einen entsprechenden pneumatischen Drehmomentmotor mit einem pneumatischen Aktor zu realisieren. Der Aktor 50 ist innerhalb eines Gehäuses 101 des Drehmomentmotors 100 angeordnet. Das sich bewegende Ende 523 des als Spiralfeder ausgebildeten Aktorelements 52 des Aktors 50 ist mit einem Gehäuse 101 verbunden. Im Zentrum des Aktors 50 ist der Hydraulikspeicher 57 angeordnet, der den Schlauch 51 des Aktors 50 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt. Zudem ist der Hohlraum 102 zwischen dem Gehäuse 101 und dem Aktor 50 ebenfalls mit Hydraulikflüssigkeit oder einer anderen Flüssigkeit gefüllt. Dadurch wird die Reibung zwischen dem Aktor 50 und dem Gehäuse 101 verringert. Wenn sich der Schlauch 51 ausdehnt, so wird das Aktorelement 52 gespreizt und in den Hohlraum 102 bewegt, wobei der sich ausdehnende Schlauch 51 den Hohlraum füllt. In einem ersten Ausführungsbeispiel wird der Drehmomentmotor 100 an dem Hydraulikspeicher 57 oder einer zentral liegenden Führungsstange bzw. einen Führungsrohr (nicht gezeigt) festgehalten. Das durch das Ausdehnen des Schlauchs 51 und die Spreizung des Aktorelements 52 erzeugte Drehmoment wird von dem Ende 523 des Aktorelements 52 in Umfangsrichtung Ru auf das Gehäuse übertragen, das sich daraufhin in Umfangsrichtung Ru dreht. In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Drehmomentmotor 100 an dem äußeren Gehäuse 101 festgehalten. Das durch das Ausdehnen des Schlauchs 51 und die Spreizung des Aktorelements 52 erzeugte Drehmoment wird dann in Umfangsrichtung R_U an den Hydraulikspeicher 57 (oder an eine zentral liegende Führungsstange bzw. Führungsrohr - nicht gezeigt) übertragen, der sich daraufhin in Umfangsrichtung Ru dreht.
Der Drehmomentmotor kann einige Umdrehungen durchführen, bevor der Schlauch 51 seine maximale Ausdehnung erreicht. Die Anzahl der möglichen Umdrehungen ist abhängig von der Anzahl der Wicklungen, der Ausdehnung des Schlauchs 51, den Maßen des Drehmomentmotors 100 usw. Die Parameter des Aktors 50 können je nach Größe und Art angepasst werden. Der Drehmomentmotor erzeugt bei einem Durchmesser von 250 mm, einer Länge von 150 mm und einem Druck der Hydraulikflüssigkeit von 380 bar ein Drehmoment von ca. 283 kNm. Dies entspricht ca. dem 125-fachen des Drehmoments eines herkömmlichen Drehmomentmotors mit solchen Parametern. Um eine hohe Drehzahl zu erreichen, kann eine Übersetzung vorgesehen sein, mit dem die wenigen Umdrehungen des Drehmomentmotors bei hohem Drehmoment in eine größere Anzahl von Drehungen umgewandelt werden.
Der Drehmomentmotor kann beispielsweise eingesetzt werden, um eine Verbrennungsmaschine zu starten, insbesondere in Zusammenhang mit einer Start-Stopp-Automatik. Hierfür werden nur 1 - 3 Umdrehungen benötigt, die in ca. 0,3 - 0,7 Sekunden erreicht werden. Andererseits kann der Drehmomentmotor bei Arbeitsmaschinen eingesetzt werden, um beispielswiese Gelenke zu bewegen. Der Drehmomentmotor kann im Bereich der Mobilhydraulik die gängigen Hubzylinder ersetzen.
Die Federkraft des Aktorelements 52 dient zudem als Rückstellkraft, die in Radialrichtung der Ausdehnung des Schlauchs 51 entgegenwirkt. Neben den bereits genannten Vorteilen kann der Drehmomentmotor 100 mit Hilfe der Rückstellkraft in der anderen Drehrichtung verwendet werden. Durch die Spreizung der Spiralfeder beim Ausdehnen des Schlauchs 51, wird Spannenergie in der Feder gespeichert. Wenn der Schlauch 51 nicht mehr mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird, erzeugt die gespeicherte Spannenergie (auf Grundlage der Rückstellkraft) ein Drehmoment, das dem ursprünglich erzeugen Drehmoment entgegengerichtet ist. Das entgegen gerichtete Drehmoment kann über die Parameter der Feder, also die Federkonstante, die Federdicke, der Durchmesser der Feder usw. variiert werden.

Claims

Hydraulischer oder pneumatischer Aktor (10; 20; 30; 40; 50) mit zumindest einem beweglichen Aktorelement (12; 22; 32; 42; 52) zur Kraft- oder Momentübertragung und zumindest einem flexiblen Ausdehnungselement, das eingerichtet ist, unter Ausdehnung ein Medium aufzunehmen und in Abhängigkeit von der Ausdehnung eine Kraft (F) oder ein Moment auf das Aktorelement (12; 22; 32; 42; 52) auszuüben und dieses zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Ausdehnungselement ein Schlauch (11; 21; 31; 41; 51) ist, der in mehreren Lagen angeordnet ist, die jeweils gemeinsam auf das bewegliche Aktorelement (12; 22; 32; 42; 52) einwirken.
Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (10; 20; 30; 40) ein Linearaktor ist.
Aktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Lagen des Schlauchs (11) kaskadenartig auf das bewegliche Aktorelement (12) einwirken.
Aktor nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (11) mäanderförmig angeordnet ist.
Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (50) ein Drehaktor ist.
Aktor nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (11; 21; 31; 41; 51) spiralförmig angeordnet ist.
Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine bewegliche Aktorelement (22; 32; 42; 52) eine mechanische Feder ist.
Aktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (21; 31; 41; 51) in den Zwischenräumen zwischen den Windungen der mechanischen Feder angeordnet ist.
Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (11; 41) einen abgeflachten Querschnitt aufweist.
Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (13; 101), innerhalb dem der Schlauch (11; 51) zumindest teilweise geführt wird.
Aktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (13; 101) Hohlräume (132; 102) aufweist, die zur Bereitstellung eines Ausdehnungsraums dienen.
Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Rückstellelement (7), welches der Ausdehnung des Schlauchs (11; 21; 31; 41; 51) entgegenwirkt.
Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Hydraulikspeicher (37; 57) oder einen Gas-Druckbehälter.
Aktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikspeicher (37; 57) oder der Gas-Druckbehälter vom Schlauch (31; 51) umschlossen wird.
Hydraulischer oder pneumatischer Drehmomentmotor (100), der als Antriebseinheit einen hydraulischen oder pneumatischen Drehaktor (50) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 14 aufweist, wobei der zumindest eine Schlauch (51) in mehreren Lagen angeordnet ist und eingerichtet ist, unter Ausdehnung ein Medium aufzunehmen und in Abhängigkeit von der Ausdehnung ein Drehmoment auf das Aktorelement (52) auszuüben und dieses zu bewegen und wobei das Aktorelement (52) dazu eingerichtet ist, das erzeugte Drehmoment als Antrieb auf einen Teil des Drehmomentmotors (100) zu übertragen.
Drehmomentmotor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine bewegliche Aktorelement (52) eine Spiralfeder ist und der Schlauch (51) zwischen den Windungen der Spiralfeder angeordnet ist.
Verwendung des hydraulischen oder pneumatischen Linearaktors (10; 20; 30; 40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 bis 14in einem medizinischen Gerät.