DE102019208773A1

DE102019208773A1 - Aktuatorvorrichtung

Info

Publication number: DE102019208773A1
Application number: DE102019208773.6A
Authority: DE
Inventors: Manuel Grunz
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2019-06-17
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2020-12-17

Abstract

Es wird eine Aktuatorvorrichtung (1) vorgeschlagen, die eine mit einer Positionserfassungseinrichtung (3) ausgestattete fluidbetätigte Kontraktionseinheit (2) aufweist. Die Kontraktionseinheit (2) hat zwei durch einen Kontraktionsschlauch (7) miteinander verbundene erste und zweite Kopfstücke (5, 6). Außen an dem ersten Kopfstück (5) ist ein Sensorhalter (24) der Positionserfassungseinrichtung (3) angeordnet, an dem ein magnetfeldempfindlicher Positionssensor (25) befestigt ist. An dem zweiten Kopfstück (6) ist eine Aktivierungseinheit (26) der Positionserfassungseinrichtung (3) angeordnet, die einen in Richtung zu dem ersten Kopfstück (5) ragenden Aktivierungsstab (28) umfasst, der einen zur Betätigung des Positionssensors (25) geeigneten permanentmagnetischen Aktivierungsmagnet (27) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aktuatorvorrichtung, mit einer fluidbetätigten Kontraktionseinheit, die zwei in der Achsrichtung einer Längsachse zueinander beabstandete erste und zweite Kopfstücke sowie einen sich zwischen den beiden Kopfstücken erstreckenden, an beiden Kopfstücken fluiddicht befestigten Kontraktionsschlauch aufweist, wobei der Kontraktionsschlauch die Eigenschaft hat, bei Innendruckbeaufschlagung unter radialer Aufweitung eine Längenkontraktion auszuführen und wobei der Kontraktionsschlauch gemeinsam mit den Kopfstücken einen Antriebs-Innenraum begrenzt, der durch einen Antriebskanals hindurch mit einem fluidischen Druckmedium beaufschlagbar ist, um den gegenseitigen Abstand der beiden Kopfstücke innerhalb eines Arbeitshubbereiches zu verändern, und mit einer Positionserfassungseinrichtung zur Erfassung mindestens einer axialen Relativposition der beiden Kopfstücke.
Eine aus der DE 103 37 599 A1 bekannte Aktuatorvorrichtung dieser Art umfasst eine Kontraktionseinheit mit einem sich zwischen zwei Kopfstücken erstreckenden Kontraktionsschlauch. Wird ein von dem Kontraktionsschlauch und den beiden Kopfstücken begrenzter Antriebs-Innenraum mit einem fluidischen Druckmedium beaufschlagt, weitet sich der Kontraktionsschlauch auf und zieht die beiden Kopfstücke unter Verringerung des zwischen ihnen befindlichen Abstandes zueinander. In dem Antriebs-Innenraum befinden sich zwei relativ zueinander bewegliche Bestandteile einer Positionserfassungseinrichtung, die teleskopartig verschiebbar ineinander eingreifen. Wird durch Fluidbeaufschlagung des Antriebs-Innenraumes eine Abstandsänderung der beiden Kopfstücke hervorgerufen, führt dies zu einer gleichzeitigen Relativbewegung zwischen den beiden Bestandteilen der Positionserfassungseinrichtung, woraus die Möglichkeit resultiert, den Abstand zwischen den beiden Kopfstücken stufenlos zu messen. Die Positionserfassungseinrichtung ist beispielsweise als eine magnetostriktive Wegmesseinrichtung oder als eine Wiederstand-Wegmesseinrichtung ausgebildet.
Aus der DE 10 2009 058 653 A1 ist eine fluidisch betreibbare Ausgleichseinheit bekannt, die über zwei Koppelplatten verfügt, zwischen denen sich zwei ineinander eingreifende Teleskopglieder erstrecken. Die beiden Koppelplatten sind relativ zueinander verschwenkbar, wobei eine daraus resultierende lineare Relativbewegung der Teleskopglieder durch eine Sensoreinrichtung detektiert werden kann, um die räumliche Lage der beiden Koppelplatten zueinander zu ermitteln.
Die DE 10 2009 018 169 A1 offenbart eine Betätigungsvorrichtung, die ein sich zwischen zwei beabstandeten Endstücken erstreckendes biegeelastisches Kontraktionselement aufweist und dessen Innenraum mit einem fluidischen Druckmedium beaufschlagbar ist, um eine Längenänderung des Kontraktionselements hervorzurufen. In einem von dem Kontraktionselement begrenzten Innenraum befindet sich ein drehbares Trommelelement, um das ein Seil herumgeschlungen ist, das bei einer Längenänderung des Kontraktionselements eine Rotation des Trommelelements hervorruft, wobei ein Sensor in der Lage ist, die Drehung des Trommelelements zu erfassen. Daraus lassen sich Rückschlüsse auf die Längenänderung des Kontraktionselements ziehen.
In der DE 101 15 864 C1 ist ein fluidbetätigter Zangenspannstock offenbart, der ein Spannelement aufweist, das durch eine fluidbetätigte Kontraktionseinrichtung betätigbar ist. Der Betriebszustand des Spannelementes lässt sich mittels eines Sensors detektieren, der auf einen bei der Betätigung des Spannelementes seine Position verändernden Permanentmagnet anspricht.
Aus der WO 00/61952 A1 ist eine von der Anmelderin unter der Bezeichnung „Fluidic Muscle“ vertrieben Kontraktionseinheit bekannt, die einen sich zwischen zwei Kopfstücken erstreckenden flexiblen Kontraktionsschlauch aufweist, der sich aus einem gummielastischen Schlauchkörper und einer in diesen Schlauchkörper integrierten biegeflexiblen und zugleich zugfesten Strangstruktur zusammensetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine mit einer fluidbetätigten Kontraktionseinheit ausgestattete Aktuatorvorrichtung zu schaffen, bei der sich die Relativposition zwischen den beiden Kopfstücken einfach und kostengünstig überwachen lässt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass die Positionserfassungseinrichtung einen außen an dem ersten Kopfstück der Kontraktionseinheit angebrachten Sensorhalter aufweist, an dem ein zur Ausgabe mindestens eines elektrischen Sensorsignales ausgebildeter magnetfeldempfindlicher Positionssensor befestigt ist, der sich außerhalb der Kontraktionseinheit entlang eines Längenabschnittes der Kontraktionseinheit erstreckt, und dass die Positionserfassungseinrichtung über eine an dem zweiten Kopfstück angebrachte Aktivierungseinheit mit einem in Richtung zu dem ersten Kopfstück ragenden Aktivierungsstab verfügt, wobei der Aktivierungsstab einen das mindestens eine elektrische Sensorsignal des Positionssensors hervorrufenden permanentmagnetischen Aktivierungsmagnet aufweist.
Die erfindungsgemäße Aktuatorvorrichtung hat eine fluidbetätigte Kontraktionseinheit mit zwei Kopfstücken und einem sich zwischen den beiden Kopfstücken erstreckenden Kontraktionsschlauch. Gemeinsam begrenzen diese vorgenannten Bestandteile einen Antriebs-Innenraum, der mit einem fluidischen Druckmedium beaufschlagbar ist, um den gegenseitigen Abstand der beiden Kopfstücke innerhalb eines Arbeitshubbereiches zu verändern. Die Abstandänderung basiert darauf, dass die durch eine Innendruckbeaufschlagung des Antriebs-Innenraumes hervorrufbare radiale Aufweitung des Kontraktionsschlauches mit einer Längenkontraktion des Kontraktionsschlauches einhergeht, durch die die beiden Kopfstücke axial zueinander gezogen werden. Eine Druckentlastung des Antriebs-Innenraumes erlaubt es den Kopfstücken, ihren gegenseitigen Abstand wieder zu vergrößern. Der Kontraktionsschlauch ist insbesondere gemäß dem Inhalt der WO 00/61952 A1 aufgebaut. Die zusätzlich vorhandene Positionserfassungseinrichtung erlaubt die Erfassung mindestens einer axialen Relativposition der beiden Kopfstücke. Auf diese Weise ist eine Betriebsüberwachung der Kontraktionseinheit möglich. Beispielsweise kann das Sensorsignal des Positionssensors dafür verwendet werden, eine Zugkraft einzustellen und/oder zu ermitteln, die über die beiden Kopfstücke an daran angebrachte externe Strukturen abgegeben werden. Bevorzugt kann jede axiale Relativposition innerhalb des Arbeitshubbereiches erfasst werden. Zu der Positionserfassungseinrichtung gehören zum einen ein außen an dem ersten Kopfstück fixierter Sensorhalter, an dem ein magnetfeldempfindlicher Positionssensor befestigt ist, sowie zum anderen eine an dem zweiten Kopfstück angebrachte Aktivierungseinheit, die einen in Richtung zu dem ersten Kopfstück ragenden, mit einem permanentmagnetischen Aktivierungsmagnet ausgestatteten Aktivierungsstab aufweist. Bei einer linearen Relativbewegung zwischen den beiden Kopfstücken ändert sich gleichzeitig die axiale Relativposition zwischen dem Aktivierungsmagnet des Aktivierungsstabes und dem magnetfeldempfindlichen Positionssensor, sodass der Positionssensor veranlasst wird, ein mindestens einer axialen Relativposition der beiden Kopfstücke entsprechendes Sensorsignal auszugeben. Da der Positionssensor außen an der Kontraktionseinheit angeordnet ist, lässt er sich leicht installieren und gegebenenfalls auch justieren. Eventuell an dem Positionssensor angeordnete Leuchtanzeigemittel sind gut sichtbar wie auch eventuell an dem Positionssensor vorhandene, beispielsweise eine Parametrierung ermöglichende Eingabemittel gut zugänglich sind. Bei entsprechender Ausgestaltung lässt sich eine konventionelle Kontraktionseinheit relativ einfach mit der Positionserfassungseinrichtung nachrüsten.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Bevorzugt ist der Aktivierungsmagnet durch den Aktivierungsstab in einer derartigen Relativposition zu dem Positionssensor gehalten, dass er in der Lage ist, den Positionssensor bei jeder innerhalb des Arbeitshubbereiches liegenden Relativposition der beiden Kopfstücke zwecks Erzeugung eines Sensorsignals zu aktivieren, das heißt ein Sensorsignal hervorzurufen. Somit kann durch die Positionserfassungseinrichtung jede axiale Relativposition der beiden Kopfstücke innerhalb des Arbeitshubbereiches erfasst und für Folgeauswertungen verwendet werden.
Bevorzugt ist die Positionserfassungseinrichtung zur kontinuierlichen Erfassung sämtlicher axialen Relativpositionen der beiden Kopfstücke innerhalb des Arbeitshubbereiches ausgebildet. Bevorzugt hat der Positionssensor einen Analogausgang, an dem innerhalb des Erfassungsbereiches, der mindestens dem Arbeitshubbereich der beiden Kopfstücke entspricht, ein wegproportionales elektrisches Sensorsignal zur Verfügung gestellt wird. Zusätzlich oder alternativ kann der Positionssensor auch für eine digitale Signalausgabe ausgelegt sein. Es besteht auch die Möglichkeit, den Positionssensor so auszubilden, dass es sich bei den Sensorsignalen um digital kodierte Analogwerte handelt.
Grundsätzlich kann die Positionserfassungseinrichtung alternativ auch so ausgebildet sein, dass sie nur eine oder mehrere vorbestimmte axiale Relativpositionen der beiden Kopfstücke detektiert. Auf diese Weise sind beispielsweise ein unbetätigter und ein betätigter Zustand der Kontraktionseinheit berührungslos detektierbar. In jedem diese beiden Betriebszustände gibt der Positionssensor ein entsprechendes Sensorsignal aus.
Bevorzugt ist die Anordnung so getroffen, dass sich der Positionssensor und der Aktivierungsstab in jeder axialen Relativposition der beiden Kopfstücke axial überlappen. Zweckmäßigerweise ist der Aktivierungsmagnet derart an dem Aktivierungsstab angeordnet, dass er in jeder axialen Relativposition der beiden Kopfstücke eine sich mit dem Positionssensor überlappende, das heißt längsseits neben dem Positionssensor angeordnete Position einnimmt.
Der Aktivierungsstab ist bei einer möglichen Ausgestaltung einstückig ausgebildet und zur Realisierung des Aktivierungsmagneten an entsprechender Stelle dauerhaft lokal magnetisiert. Eine besonders einfache und kostengünstigere Lösung, die bevorzugt wird, sieht allerdings vor, dass der Aktivierungsstab einen Trägerstab und einen bezüglich des Trägerstabes separat ausgebildeten Aktivierungsmagnet aufweist, wobei der Aktivierungsmagnet von dem Trägerstab gehalten. Der Trägerstab hat einen dem ersten Kopfstück zugewandten vorderen Endabschnitt sowie einen diesbezüglich entgegengesetzten hinteren Endabschnitt, wobei er im Bereich seines hinteren Endabschnittes an dem zweiten Kopfstück fixiert ist. Der Trägerstab besteht zweckmäßigerweise aus einem unmagnetischen, nicht magnetisierbaren Material, beispielsweise aus Aluminium oder Kunststoff. Der Trägerstab kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
Der Aktivierungsmagnet kann beispielsweise stirnseitig im Bereich des vorderen Endabschnittes des Trägerstabes angeordnet sein. Bevorzugt wird allerdings eine Ausführungsform, bei der der Aktivierungsmagnet zwischen den beiden einander entgegengesetzten vorderen und hinteren Endabschnitten des Trägerstabes mit Abstand zu sowohl dem vorderen Endabschnitt als auch dem hinteren Endabschnitt angeordnet ist.
Es ist des Weiteren vorteilhaft, wenn der Aktivierungsmagnet so an dem Trägerstab angeordnet ist, dass er stets mit axialem Abstand zu beiden Kopfstücken auf axialer Höhe des Kontraktionsschlauches liegt. Befindet sich der Aktivierungsstab außerhalb des Kontraktionsschlauches, nimmt der Aktivierungsmagnet in diesem Fall stets eine längsseits neben dem Kontraktionsschlauch liegende Position ein.
Der Positionssensor ist an dem Sensorhalter insbesondere so angeordnet, dass er sich längsseits neben dem Kontraktionsschlauch entlang einer Teillänge des Kontraktionsschlauches erstreckt. Insbesondere nimmt der Positionssensor eine derartige Position ein, dass er sich entlang eines Längenabschnittes des Kontraktionsschlauches erstreckt, der sich unmittelbar an das erste Kopfstück anschließt.
Bevorzugt ist der Sensorhalter mit einem Haltearm ausgestattet, der sich ausgehend von dem ersten Kopfstück axial frei endend ein stückweit in Richtung zu dem zweiten Kopfstück erstreckt und sich dabei ein stückweit längs des Kontraktionsschlauches erstreckt.
Der Positionssensor ist an dem Sensorhalter bevorzugt lösbar fixiert. Dadurch kann er bei Bedarf leicht ausgetauscht werden. Bevorzugt ist der Positionssensor so an dem Sensorhalter angeordnet, dass er in unterschiedlichen axialen Arbeitspositionen an dem Sensorhalter fixierbar ist. Bevorzugt hat der Sensorhalter eine sich in der Längsrichtung der Kontraktionseinheit erstreckende Befestigungsnut, in der der Positionssensor in axial einstellbarer Weise lösbar befestigt ist. Beispielsweise ist der Positionssensor mit einer Klemmeinrichtung ausgestattet, durch die er in der Befestigungsnut mit dem Sensorhalter lösbar verklemmbar ist.
Prinzipiell könnte der Sensorhalter einstückig mit dem ersten Kopfstück ausgeführt sein. Bevorzugt handelt es sich bei dem Sensorhalter jedoch um eine bezüglich des ersten Kopfstückes separate Komponente, die durch eine Befestigungseinrichtung an dem ersten Kopfstück befestigt ist, insbesondere in lösbarer Weise. Die Befestigungseinrichtung erlaubt es, eine Kontraktionseinheit nur bei Bedarf mit einer Positionserfassungseinrichtung auszustatten. Die Befestigungseinrichtung hat zweckmäßigerweise einen als Bestandteil des Sensorhalters ausgebildeten Befestigungsabschnitt, der durch Klemmung oder in sonstiger Weise an dem ersten Kopfstück fixiert ist.
Als besonders zweckmäßig wird eine Ausgestaltung angesehen, bei der der Aktivierungsstab einen dem ersten Kopfstück axial zugewandten vorderen Endabschnitt aufweist, wobei dieser vordere Endabschnitt als ein Führungsabschnitt ausgebildet ist, der in linear verschiebbar geführter und radial abgestützter Weise in eine bezüglich des ersten Kopfstückes ortsfeste Führungsausnehmung eintaucht. Dadurch kann wirksam gewährleistet werden, dass die beiden Kopfstücke selbst bei ungünstiger Querbelastung stets ihre Koaxiallage beibehalten, sodass auch der bezüglich der Längsachse der Kontraktionseinheit radiale Abstand zwischen dem Positionssensor und dem Aktivierungsmagnet stets konstant bleibt, was für eine hohe Genauigkeit der Positionserfassung sorgt.
Die Führungsausnehmung kann direkt in dem ersten Kopfstück ausgebildet sein oder aber in einem Führungsteil, das als gesondertes Bauteil an dem ersten Kopfstück befestigt ist.
Die Aktivierungseinheit ist entweder außerhalb oder innerhalb der Kontraktionseinheit angeordnet. Befindet sie sich außerhalb der Kontraktionseinheit, erstreckt sich der Aktivierungsstab längsseits neben dem Kontraktionsschlauch und parallel zu diesem. Eine gegebenenfalls vorhandene Führungsausnehmung für den Aktivierungsstab ist in diesem Fall zweckmäßigerweise in dem Sensorhalter ausgebildet, sodass der Sensorhalter gleichzeitig ein Führungsteil bildet, in das der Aktivierungsstab mit einem Führungsabschnitt axial verschiebbar eintaucht.
Befindet sich die Aktivierungseinheit innerhalb der Kontraktionseinheit, erstreckt sich der Aktivierungsstab in dem Antriebs-Innenraum ausgehend vom zweiten Kopfstück in Richtung zum ersten Kopfstück. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn der Aktivierungsstab den Antriebs-Innenraum in voller Länge axial durchsetzt und mit einem als Führungsabschnitt fungierenden vorderen Endabschnitt in eine Führungsausnehmung des ersten Kopfstückes eintaucht, die an einer den Antriebs-Innenraum begrenzenden, inneren Stirnfläche des ersten Kopfstückes ausmündet.
Ein zur gesteuerten Fluidbeaufschlagung des Antriebs-Innenraumes dienender Antriebskanal der Kontraktionseinheit ist zweckmäßigerweise in dem ersten Kopfstück ausgebildet und mündet an einer axialen inneren Stirnfläche des ersten Kopfstückes in den Antriebs-Innenraum ein. Ist eine Linearführung für den Aktivierungsstab gewünscht, so ist es in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn der Aktivierungsstab mit seinem Führungsabschnitt in den inneren Endabschnitt des Antriebskanals eintaucht und dieser innere Endabschnitt des Antriebskanals als Führungsausnehmung ausgebildet ist.
Die Aktivierungseinheit ist bezüglich des zweiten Kopfstückes zweckmäßigerweise separat ausgebildet und mittels einer Befestigungseinrichtung an dem zweiten Kopfstück befestigt, insbesondere in lösbarer Weise. Die Befestigungseinrichtung umfasst vorzugsweise einen als Bestandteil der Aktivierungseinheit ausgebildeten Befestigungsabschnitt, der durch Klemmung an dem zweiten Kopfstück fixiert ist. Andere Befestigungsarten sind allerdings ebenfalls möglich.
Der Kontraktionsschlauch der Kontraktionseinheit enthält zweckmäßigerweise einen aus einem gummielastischen Material bestehenden Schlauchkörper und eine zu dem Schlauchkörper koaxiale Strangstruktur, die in das Material des Schlauchkörpers eingebettet ist. Die Strangstruktur setzt sich aus einer Vielzahl von biegeflexiblen und zugleich axial zugfesten Fasersträngen zusammen, die insbesondere in einer Überkreuzkonfiguration angeordnet sind. Der Kontraktionsschlauch ist einschließlich der Strangstruktur an den beiden Kopfstücken befestigt, sodass die Strangstruktur in der Lage ist, bei der durch Beaufschlagung mit einem Innendruck hervorgerufenen radialen Aufweitung des Kontraktionsschlauches die beiden Kopfstücke zueinander zu ziehen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht,
2 eine Seitenansicht der Aktuatorvorrichtung aus 1 mit Blickrichtung gemäß Pfeil II aus 1,
3 einen Längsschnitt der Aktuatorvorrichtung gemäß Schnittlinie III-III aus 2, wobei ein Wandausschnitt des Kontraktionsschlauches zusätzlich separat vergrößert abgebildet ist,
4 eine weitere Seitenansicht der Aktuatorvorrichtung mit Blickrichtung gemäß Pfeil IV aus 2,
5 einen Längsschnitt der Aktuatorvorrichtung gemäß Schnittlinie V-V aus 4, wobei zusätzlich zu einem unbetätigten Grundzustand in strichpunktierten Linien ein betätigter Betriebszustand mit aneinander angenäherten Kopfstücken illustriert ist,
6 einen Querschnitt der Aktuatorvorrichtung gemäß Schnittlinie VI-VI aus 3,
7 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Aktuatorvorrichtung in einer perspektivischen Darstellung,
8 eine Seitenansicht der Aktuatorvorrichtung aus 7 mit Blickrichtung gemäß Pfeil VIII aus 7,
9 einen Längsschnitt der Aktuatorvorrichtung gemäß Schnittlinie IX-IX aus 8, wobei ein Wandausschnitt des Kontraktionsschlauches zusätzlich separat vergrößert abgebildet ist,
10 eine weitere Seitenansicht der Aktuatorvorrichtung mit Blickrichtung gemäß Pfeil X aus 8,
11 einen Längsschnitt der Aktuatorvorrichtung gemäß Schnittlinie XI-XI aus 10, wobei zusätzlich zu einem unbetätigten Grundzustand in strichpunktierten Linien ein betätigter Betriebszustand mit aneinander angenäherten Kopfstücken illustriert ist,
12 einen Längsschnitt der Aktuatorvorrichtung gemäß Schnittlinie XII-XII aus 9.

Soweit im Einzelfall keine abweichenden Angaben gemacht werden, gelten die nachfolgenden Ausführungen für sämtliche illustrierten Ausführungsbeispiele der in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichneten Aktuatorvorrichtung.
Die Aktuatorvorrichtung 1 enthält eine Kontraktionseinheit 2, die durch eine gesteuerte Fluidbeaufschlagung seitens eines fluidischen Druckmediums betätigbar ist. Bei dem fluidischen Druckmedium handelt es sich insbesondere um Druckluft. Die Aktuatorvorrichtung 1 ist bevorzugt als eine pneumatische Aktuatorvorrichtung 1 ausgebildet. Ein Betrieb mit anderen Druckgasen oder auch mit Druckflüssigkeit ist ebenfalls möglich.
Die Aktuatorvorrichtung 1 enthält darüber hinaus eine an der Kontraktionseinheit 2 angeordnete Positionserfassungseinrichtung 3. Exemplarisch bilden die Kontraktionseinheit 2 und die Positionserfassungseinrichtung 3 gemeinsam die Aktuatorvorrichtung 1.
Die Kontraktionseinheit 2 hat eine Längserstreckung mit einer Längsachse 4. Zu der Kontraktionseinheit 2 gehören zwei Kopfstücke 5, 6, die in der Achsrichtung der Längsachse 4 zueinander beabstandet sind, sowie ein Kontraktionsschlauch 7, der sich koaxial zwischen den beiden Kopfstücken 5, 6 erstreckt und mit jedem seiner beiden einander entgegengesetzten axialen Endabschnitte 9 an einem der beiden Kopfstücke 5, 6 unter Abdichtung befestigt ist. Zur besseren Unterscheidung werden die beiden Kopfstücke 5, 6 im Folgenden auch als erstes Kopfstück 5 und als zweites Kopfstück 6 bezeichnet. Gemeinsam begrenzen der Kontraktionsschlauch 7 und die beiden Kopfstücke 5, 6 einen Antriebs-Innenraum 8 der Kontraktionseinheit 2.
In den Antriebs-Innenraum 8 mündet ein Antriebskanal 12, der eines der beiden Kopfstücke 5, 6 durchsetzt, wobei es sich exemplarisch um das erste Kopfstück 5 handelt. Das erste Kopfstück 5 hat eine den Antriebs-Innenraum 8 axial begrenzende innere Stirnfläche 13, an der der Antriebskanal 12 mit seinem einen Ende ausmündet. Ein entgegengesetztes Ende des Antriebskanals 12 bildet eine Anschlussöffnung 14 und befindet sich an der Außenfläche des ersten Kopfstückes 5. An diese Anschlussöffnung 14 ist im Betrieb der Aktuatorvorrichtung 1 eine Steuerventileinrichtung angeschlossen, durch die die Fluidbeaufschlagung des Antriebs-Innenraumes 8 steuerbar ist. Die Steuerventileinrichtung ist in der Lage, wahlweise fluidisches Druckmedium in den Antriebs-Innenraum 8 einzuspeisen, aus dem Antriebs-Innenraum 8 abzuführen oder in dem Antriebs-Innenraum 8 einzusperren. Die Steuerventileinrichtung ist in diesem Zusammenhang sowohl an eine Druckquelle als auch an eine Drucksenke, letzteres insbesondere die Atmosphäre, angeschlossen. Zur Betätigung der bevorzugt auch zu der Aktuatorvorrichtung 1 gehörenden Steuerventileinrichtung ist zweckmäßigerweise eine elektronische Steuereinheit vorhanden, die ebenso wie die Steuerventileinrichtung in der Zeichnung nicht weiter illustriert ist.
Der Kontraktionsschlauch 7 ist so strukturiert, dass er bei Innendruckbeaufschlagung radial aufgeweitet wird und gleichzeitig eine Längenkontraktion erfährt. Im drucklosen Zustand des Antriebs-Innenraumes 8 nimmt die Kontraktionseinheit 2 den aus der Zeichnung ersichtlichen unbetätigten Grundzustand ein, der daraus resultiert, dass der Kontraktionsschlauch 7 nicht verformt ist und eine gewisse Ausgangslänge aufweist. In diesem Grundzustand hat der Kontraktionsschlauch 7 zwischen den beiden Kopfstücken 5, 6 eine hohlzylindrische Form mit über die gesamte Länge hinweg konstantem Durchmesser.
Durch Einspeisung des fluidischen Druckmediums in den Antriebs-Innenraum 8 wird in dem Antriebs-Innenraum 8 ein Überdruck aufgebaut, durch den die Kontraktionseinheit 2 in einen in den 5 und 11 schematisch strichpunktiert angedeuteten betätigten Betriebszustand versetzt wird. In diesem betätigten Betriebszustand ist der Kontraktionsschlauch 7 radial aufgeweitet und gleichzeitig axial verkürzt, sodass die beiden Kopfstücke 5, 6 eine im Vergleich zum Grundzustand aneinander angenäherte Relativposition einnehmen. Eine anschließende Druckentlastung des Antriebs-Innenraumes 8 führt dazu, dass die beiden Kopfstücke 5, 6 sich wieder voneinander entfernen, bis letztlich der unbetätigte Grundzustand wieder vorliegt.
Die axiale Relativposition der beiden Kopfstücke 5, 6 lässt sich durch entsprechend Vorgabe des in dem Antriebs-Innenraum 8 herrschenden Innendruckes variabel und insbesondere stufenlos in einem durch das Verformungsvermögen des Kontraktionsschlauches 7 bestimmten Hubbereich vorgeben, der im Folgenden als Arbeitshubbereich bezeichnet wird. Die durch die Betätigung der Kontraktionseinheit 2 hervorrufbare axiale Relativbewegung 15 der beiden Kopfstücke 5, 6 ist in der Zeichnung durch einen Doppelpfeil illustriert.
Jedes Kopfstück 5, 6 verfügt über eine Befestigungsschnittstelle 16, die die Anbringung eines jeweiligen Kopfstückes 5, 6 an einer von zwei in den 5 und 11 nur strichpunktiert angedeuteten externen Strukturen 17, 18 ermöglicht, die relativ zueinander beweglich sind. Wenn beide externen Strukturen 17, 18 beweglich sind, äußert sich die axiale Relativbewegung 15 in einer Bewegung beider Kopfstücke 5, 6. Ist hingegen nur eine der beiden externen Strukturen 17, 18 beweglich, so ist das daran befestigte Kopfstück 5 oder 6 ortsfest angeordnet und die axiale Relativbewegung 15 äußert sich in einer alleinigen Relativbewegung des jeweils anderen Kopfstückes 6, 5. Die Ausführungsbeispiele zeigen eine ortsfeste Fixierung des ersten Kopfstückes 5 an einer externen Struktur 17, die beispielsweise zu einem Maschinengestell gehört, wohingegen das zweite Kopfstück 6 an einer beweglichen externen Struktur 18 angebracht ist, beispielsweise an einem Maschinenschlitten, sodass die axiale Relativbewegung 15 im Betrieb der Kontraktionseinheit 2 ausschließlich von dem zweiten Kopfstück 6 zusammen mit der daran angebrachten externen Struktur 18 ausgeführt wird.
Die bei Innendruckbeaufschlagung stattfindende Längenkontraktion resultiert exemplarisch aus einem besonderen Aufbau des Kontraktionsschlauches 7. Der Kontraktionsschlauch 7 hat, wie insbesondere aus den vergrößerten Ausschnitten der 3 und 9 ersichtlich ist, einen aus einem gummielastischen Material bestehenden Schlauchkörper 22 und eine koaxial zu dem Schlauchkörper 22 angeordnete, zumindest teilweise und insbesondere in ihrer Gesamtheit in das gummielastische Material des Schlauchkörpers 22 eingebettete Strangstruktur 23. Die Strangstruktur 23 ist an den axialen Endabschnitten 9 gemeinsam mit dem Schlauchkörper 22 an den beiden Kopfstücken 5, 6 befestigt.
Zweckmäßigerweise besteht die Strangstruktur 23 aus einer Vielzahl von biegeflexiblen und zugleich hoch zugfesten Fasersträngen 23a, die in einer Überkreuzkonfiguration angeordnet sind, so wie dies beispielsweise aus der eingangs schon zitierten WO 00/61952 A1 hervorgeht. Durch die Strangstruktur 23 können bei der axialen Aufweitung des Schlauchkörpers 22 besonders hohe Zugkräfte auf die beiden Kopfstücke 5, 6 und somit auf die daran fixierten externen Strukturen 17, 18 übertragen werden.
Die Positionserfassungseinrichtung 3 ermöglicht die Erfassung mindestens einer axialen Relativposition der beiden Kopfstücke 5, 6. Bevorzugt und gemäß den illustrierten Ausführungsbeispielen ist die Positionserfassungseinrichtung 13 so ausgeführt, dass sie eine kontinuierliche Erfassung sämtlicher axialen Relativpositionen der beiden Kopfstücke 5, 6 innerhalb des Arbeitshubbereiches ermöglicht.
Zu der Positionserfassungseinrichtung 3 gehören zum einen ein außen an dem ersten Kopfstück 5 angebrachter Sensorhalter 24 und ein an dem Sensorhalter 24 befestigter magnetfeldempfindlicher Positionssensor 25. Zu der Positionserfassungseinrichtung 3 gehört zum anderen eine an dem zweiten Kopfstück 6 angebrachte Aktivierungseinheit 26, die einen Aktivierungsmagnet 27 aufweist, der permanentmagnetische Eigenschaften hat. Der Aktivierungsmagnet 27 ist Bestandteil eines Aktivierungsstabs 28 der Aktivierungseinheit 26, die ausgehend von dem zweiten Kopfstück 6 in Richtung zu dem ersten Kopfstück 5 und dabei auch zu dem über den Sensorhalter 24 an dem ersten Kopfstück 5 befestigten Positionssensor 25 ragt.
Der Aktivierungsmagnet 27 ist bevorzugt so an dem Aktivierungsstab 28 platziert, dass er ständig im Beeinflussungsbereich des Positionssensors 25 liegt. Er kann also den Positionssensor 25 bei jeder zwischen den beiden Kopfstücken 5, 6 eingenommenen Relativposition innerhalb des Arbeitshubbereiches derart aktivieren, dass der Positionssensor 25 ein elektrisches Sensorsignal ausgibt. Das elektrische Sensorsignal entspricht der momentanen Relativposition zwischen den beiden Kopfstücken 5, 6.
Beispielsweise ist der Positionssensor 25 mit einer Hall-Sensoreinrichtung ausgestattet, die durch das Magnetfeld des Aktivierungsmagneten 27 zur Ausgabe des Sensorsignals aktivierbar ist. Alternativ kann der Positionssensor 25 auch auf einem anderen Detektionsprinzip beruhen, beispielweise auf einem magnetostriktiven Messprinzip.
Das erzeugte elektrische Sensorsignal wird exemplarisch über ein an den Positionssensor 35 angeschlossenes elektrisches Kabel 32 ausgegeben und beispielsweise der weiter oben schon angesprochenen elektronischen Steuereinheit zugeführt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine drahtlose Signalübertragung vorgesehen sein.
Der Positionssensor 25 ist beispielsweise so ausgebildet, dass das Sensorsignal ein zu der axialen Relativposition der beiden Kopfstücke 5, 6 proportionales elektrisches Signal ist, das im unbetätigten Grundzustand der Kontraktionseinheit 2 einen minimalen Stromwert hat und in einem betätigten Betriebszustand, in dem die beiden Kopfstücke 5, 6 weitestmöglich zueinander gezogen sind, einen maximalen Stromwert hat.
Es versteht sich, dass das Sensorsignal zusätzlich oder alternativ auch digital ausgegeben werden kann.
Der Positionssensor 25 hat zweckmäßigerweise eine Eingabeeinrichtung 33, durch die er bei Bedarf manuell parametrierbar ist. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn der Positionssensor 25 mit einer Leuchtanzeigeeinrichtung 34 ausgestattet ist, die in der Lage ist, Betriebszustände des Positionssensors 25 zu visualisieren.
Der Positionssensor 25 erstreckt sich außerhalb der Kontraktionseinheit 2 entlang eines Längenabschnittes der Kontraktionseinheit 2, wobei er zweckmäßigerweise so ausgebildet und angeordnet ist, dass er die Kontraktionseinheit 2 axial nicht überragt. Vorzugsweise erstreckt sich der Positionssensor 25 in einem radialen Abstand zu dem Kontraktionsschlauch 7 ausgehend von dem ersten Kopfstück 5 ein stückweit axial entlang des Kontraktionsschlauchs 7. Die Aktivierungseinheit 26 ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass sich der Positionssensor 25 und der Aktivierungsstab 28 in jeder axialen Relativposition der beiden Kopfstücke 5, 6 axial überlappen. Der Aktivierungsmagnet 27 ist insbesondere so in den Aktivierungsstab 28 integriert, dass er in jeder Relativposition der beiden Kopfstücke 5, 6 eine Position längsseits neben dem Positionssensor 25 einnimmt.
Der Sensorhalter 24 hat einen Befestigungsabschnitt 35, über den er an dem ersten Kopfstück 5 befestigt ist. Der Sensorhalter hat außerdem einen sich ausgehend von dem Befestigungsabschnitt 35 längsseits neben der Kontraktionseinheit 2 in Richtung zu dem zweiten Kopfstück 6 erstreckenden Haltearm 36, an dem der Positionssensor 25 befestigt ist.
Die axiale Länge des Haltearmes 36 ist so gewählt, dass er mit axialem Abstand zu dem zweiten Kopfstück 6 neben dem Kontraktionsschlauch 7 endet. Er hat also an dem Befestigungsabschnitt 35 axial entgegengesetztes freies Ende, das dem zweiten Kopfstück zugewandt ist. An diesem freien Ende hat der Haltearm 36 eine vordere Stirnfläche 37.
In einer Seitenansicht gesehen ist der Sensorhalter 24 bevorzugt L-förmig ausgebildet. Von den beiden L-Schenkeln bildet der eine den Befestigungsabschnitt 35 und der andere den Haltearm 36.
Der Sensorhalter 24 ist exemplarisch bezüglich des ersten Kopfstückes 5 separat ausgebildet. Er ist durch eine Befestigungseinrichtung 38 in bevorzugt lösbarer Weise an dem ersten Kopfstück 5 befestigt. Exemplarisch ist der Befestigungsabschnitt 35 ein zum Sensorhalter 24 gehörender Bestandteil der Befestigungseinrichtung 38, der lösbar an dem ersten Kopfstück 5 fixiert ist. Beispielhaft ist der Befestigungsabschnitt 35 als eine Befestigungslasche ausgeführt, die eine Durchbrechung aufweist, mit der sie auf einen axial abstehend an dem ersten Kopfstück 5 ausgebildeten Gewindestutzen 42 aufgesteckt ist, wobei der Befestigungsabschnitt 35 durch eine auf den Gewindestutzen 42 aufgeschraubt Befestigungsmutter 43 axial mit dem ersten Kopfstück 5 verspannt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel der 7 bis 12 ist die Befestigungsmutter 43 nur in den 9 und 10 abgebildet.
Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist der Befestigungsabschnitt 35 als eine Klemmschelle ausgebildet, die das erste Kopfstück 5 radial außen zumindest partiell umschließt und mit dem Außenumfang des ersten Kopfstückes 5 verspannt ist.
Zweckmäßigerweise bildet der Gewindestutzen 42 zugleich auch die an dem ersten Kopfstück 5 angeordnete Befestigungsschnittstelle 16.
Der Positionssensor 25 ist zweckmäßigerweise in einer in dem Haltearm 36 ausgebildeten, sich parallel zu der Längsachse 4 erstreckenden Befestigungsnut 44 fixiert. Zweckmäßigerweise enthält der Positionssensor 25 eine Klemmeinrichtung 45, mit der er in der Befestigungsnut 44 lösbar festklemmbar ist.
Es ist vorteilhaft, wenn der Positionssensor 25 zur individuellen Anpassung an die Abmessungen der Kontraktionseinheit 2 hinsichtlich seiner bezüglich des Sensorhalters 24 eingenommenen Axialposition einstellbar ist. Exemplarisch lässt sich der Positionssensor 25 bei gelöster Klemmeinrichtung 45 sehr einfach in der Befestigungsnut 44 in die gewünschte Arbeitsposition axial verschieben und dort mittels der Klemmeinrichtung 45 lösbar fixieren.
Die Befestigungsnut 44 ist zweckmäßigerweise an der der Kontraktionseinheit 2 abgewandten Längsseite in dem Haltearm 36 ausgebildet. Dies erleichtert die Montage des Positionssensors 25 und dessen Justierung und Betriebsüberwachung. Die Befestigungsnut 44 hat bevorzugt eine hinterschnittene Querschnittskontur mit einem Halsabschnitt und einem diesbezüglich breiteren Verankerungsabschnitt. Die Klemmeinrichtung 45 taucht zweckmäßigerweise in den Verankerungsabschnitt ein, sodass sie im geklemmten Zustand den Positionssensor 25 zusätzlich auch formschlüssig gegen ein Herausziehen durch den Halsabschnitt hindurch sichert.
Den illustrierten Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass der Aktivierungsstab 28 der Aktivierungseinheit 26 mehrteilig ausgebildet ist und über einen Trägerstab 46 verfügt, der den diesbezüglich separat ausgebildeten Aktivierungsmagnet 27 trägt.
Der Aktivierungsstab 28 beziehungsweise dessen Trägerstab 46 hat einen hinteren Endabschnitt 47 in dessen Bereich er an dem zweiten Kopfstück 2 befestigt ist. Ein diesbezüglich axial entgegengesetzter vorderer Endabschnitt des Aktivierungsstabes 28 beziehungsweise Trägerstabes 46 ist dem ersten Kopfstück 5 zugewandt.
Der Trägerstab 46 besteht aus einem nicht magnetisierbaren, unmagnetischen Material, sodass er das Magnetfeld des Aktivierungsmagneten 27 nicht oder nur unwesentlich beeinflusst. Er besteht beispielsweise aus Aluminium, Edelstahl oder Kunststoff.
Zweckmäßigerweise ist der Aktivierungsmagnet 27 derart an dem Trägerstab 46 platziert, dass er unabhängig von der axialen Relativposition der beiden Kopfstücke 5, 6 eine Position einnimmt, die auf axialer Höhe des Kontraktionsschlauches 7 in einem axialen Abstand zu beiden Kopfstücken 5, 6 liegt.
Die Aktivierungseinheit 26 hat einen Befestigungsabschnitt 52, über den sie an dem zweiten Kopfstück 6 befestigt ist. Bevorzugt und entsprechend der Ausführungsbeispiele ist die Aktivierungseinheit 26 gesondert bezüglich des zweiten Kopfstückes 6 ausgebildet und durch eine Befestigungseinrichtung 53 an dem zweiten Kopfstück 6 angebracht. Der Befestigungsabschnitt 52 der Aktivierungseinheit 26 repräsentiert einen Bestandteil der Befestigungseinrichtung 53.
Bei dem in den 1 bis 6 illustrierten Ausführungsbeispiel der Aktuatorvorrichtung 1 ist die Aktivierungseinheit 26 ebenso wie der Positionssensor 25 und der Sensorhalter 24 außerhalb der Kontraktionseinheit 2 angeordnet. Über den Befestigungsabschnitt 52 ist die Aktivierungseinheit 26 außen an dem zweiten Kopfstück 6 befestigt, wobei sich der Aktivierungsstab 28 ausgehend von dem zweiten Kopfstück 6 außerhalb des Antriebs-Innenraumes 8 längsseits neben dem Kontraktionsschlauch 7 in Richtung zu dem ersten Kopfstück 5 erstreckt.
Der Befestigungsabschnitt 52 ist bei dieser externen Aktivierungseinheit 26 beispielsweise als eine Befestigungslasche ausgebildet, die eine Durchbrechung aufweist, mit der sie auf einen axial abstehenden Gewindestutzen 54 des zweiten Kopfstückes 6 aufgesteckt ist. Mittels einer auf den Gewindestutzen 54 aufgeschraubten Befestigungsmutter 55 ist der Befestigungsabschnitt 52 axial mit dem zweiten Kopfstück 6 verspannt.
Der Gewindestutzten 54 bildet zweckmäßigerweise zugleich die an dem zweiten Kopfstück 6 ausgebildete Befestigungsschnittstelle 16.
Alternativ zu der geschilderten Befestigungsweise besteht beispielsweise auch die Möglichkeit, den Befestigungsabschnitt 52 der externen Aktivierungseinheit 26 als eine Klemmschelle auszubilden, die das zweite Kopfstück 6 an seinem radialen Außenumfang zumindest partiell umschließt und mit dem zweiten Kopfstück 6 lösbar verspannt ist.
Die extern angeordnete Aktivierungseinheit 26 des Ausführungsbeispiels gemäß 1 bis 6 hat in Seitenansicht betrachtet vorzugsweise eine L-förmige Gestalt. Von den beiden L-Schenkeln der Aktivierungseinheit 26 bildet der eine den Aktivierungsstab 28 und der andere den Befestigungsabschnitt 52.
Bei dem in den 7 bis 12 illustrierten Ausführungsbeispiel der Aktuatorvorrichtung 1 ist die Aktivierungseinheit 26 im Innern der Kontraktionseinheit 2 angeordnet, wobei sich der Aktivierungsstab 28 in dem Antriebs-Innenraum 8 axial erstreckt. Man kann somit von einer internen Aktivierungseinheit 26 sprechen.
Diese interne Aktivierungseinheit 26 hat einen dem zweiten Kopfstück 6 zugewandten hinteren Endabschnitt 56, der den zur Fixierung am zweiten Kopfstück 6 genutzten Befestigungsabschnitt 52 bildet. Beispielhaft ist dieser Befestigungsabschnitt 52 als ein Befestigungsstutzen 52a ausgebildet, der in einer Befestigungsausnehmung 57 des zweiten Kopfstückes 6 verankert ist. Die Befestigungsausnehmung 57 erstreckt sich axial in dem zweiten Kopfstück 6 und mündet an der dem Antriebs-Innenraum 8 zugewandten inneren Stirnfläche 58 des zweiten Kopfstückes 6 aus.
Mit dem Befestigungsstutzten 52a ist die Aktivierungseinheit 52 beispielhaft in die Befestigungsausnehmung 57 eingeschraubt und/oder eingepresst und/oder eingeklebt. Gemeinsam bilden der als Befestigungsstutzen 52a ausgeführte Befestigungsabschnitt 52 und die Befestigungsausnehmung 57 eine Befestigungseinrichtung 53, über die die interne Aktivierungseinheit 26 an dem zweiten Kopfstück 6 befestigt ist.
Ausgehend von dem Befestigungsabschnitt 52 erstreckt sich der Aktivierungsstab 28 der im Innern der Kontraktionseinheit 2 angeordneten Aktivierungseinheit 26 innerhalb des Antriebs-Innenraumes 8 axial in Richtung zu dem ersten Kopfstück 5. Der Aktivierungsstab 28 hat, wie auch der Aktivierungsstab 28 der außerhalb der Kontraktionseinheit 2 angeordneten Aktivierungseinheit 26, einen dem ersten Kopfstück 5 zugewandten vorderen Endabschnitt 48, der ohne Befestigung frei endet.
Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel wird der Antriebs-Innenraum 8 von dem Aktivierungsstab 28 in seiner vollen Länge durchsetzt und der Aktivierungsstab 28 taucht mit seinem vorderen Endabschnitt 28 in das erste Kopfstück 5, diesbezüglich axial beweglich ein. Gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel endet der Aktivierungsstab 28 innerhalb des Antriebs-Innenraumes 8 mit axialem Abstand vor dem ersten Kopfstück 5.
Wie aus 9 gut ersichtlich ist, ist der Aktivierungsmagnet 27 auch bei dem im Antriebs-Innenraum 8 angeordneten Aktivierungsstab 28 bevorzugt so angeordnet, dass er unabhängig von der axialen Relativposition der beiden Kopfstücke 5, 6 bezogen auf die Längsachse 4 längsseits neben dem Positionssensor 25 angeordnet ist. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 6, wo sich der Aktivierungsmagnet 27 außerhalb des Kontraktionsschlauches 27 zwischen diesem und dem Positionssensor 25 befindet, ist er bei dem Ausführungsbeispiel der 7 bis 12 innerhalb des Antriebs-Innenraumes 8 angeordnet.
Der Aktivierungsstab 28 erstreckt sich innerhalb des Antriebs-Innenraumes 8 bevorzugt koaxial zu der entlang des Zentrums des Kontraktionsschlauches 7 verlaufenden mittigen Längsachse 4. Grundsätzlich wäre allerdings auch eine bezüglich der Längsachse 4 exzentrische Anordnung des Aktivierungsstabs 28 möglich.
Durch die in dem Antriebs-Innenraum 8 angeordnete Aktivierungseinheit 26 wird das bei der Betätigung der Kontraktionseinheit 2 vom fluidischen Druckmedium zu befüllende und zu entleerende Volumen reduziert. Es liegt nur ein sehr geringes Totraumvolumen vor. Dadurch wird der Fluidverbrauch reduziert und das Ansprechverhalten verbessert.
Der Querschnitt des Aktivierungsstabes 28 ist prinzipiell beliebig. Vorteilhaft ist gemäß den Ausführungsbeispielen eine zylindrische und insbesondere eine kreiszylindrische Außenkontur gewählt.
Prinzipiell kann die Aktivierungseinheit 26 so ausgeführt sein, dass ihr Aktivierungsstab 28 bezüglich des ersten Kopfstückes 5 keinerlei Querabstützung erfährt. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn eine solche, die axiale Relativbewegung 15 nicht behindernde Querabstützung vorliegt, um unabhängig von der axialen Relativbewegung 15 stets einen konstanten Abstand des Aktivierungsmagneten 27 zum Positionssensor 25 rechtwinkelig zu der Längsachse 4 zu gewährleisten. Dadurch werden auf radialen Abstandsänderungen beruhende fehlerhafte Sensorsignale des Positionssensors 25 zuverlässig ausgeschlossen.
Beide illustrierten Ausführungsbeispiele der Aktuatorvorrichtung 1 sind mit Querabstützmaßnahmen der vorstehend erläuterten Art ausgestattet. Selbige sind bevorzugt dadurch umgesetzt, dass der vordere Endabschnitt 48 des Aktivierungsstabes 28 als ein Führungsabschnitt 62 fungiert, der in linear verschiebbar geführter und radial abgestützter Weise in eine bezüglich des ersten Kopfstückes 5 ortsfeste Führungsausnehmung 63 eintaucht.
Die Führungsausnehmung 63 kann in einem bezüglich des ersten Kopfstückes 5 separaten Führungsteil 64 ausgebildet sein, das an dem ersten Kopfstück 5 befestigt ist. Beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 ist dies der Fall. Hier fungiert der Sensorhalter 24 als Führungsteil 64, in dem die Führungsausnehmung 63 in dem Sensorhalter 24 ausgebildet ist. Bevorzugt erstreckt sich die Führungsausnehmung 63 in dem Haltearm 36, und zwar parallel zu der Längsachse 4, wobei sie an der vorderen Stirnfläche 37 mit einer Mündungsöffnung 65 ausmündet und der Führungsabschnitt 62 durch die Mündungsöffnung 65 hindurch gleitverschieblich in die Führungsausnehmung 63 eintaucht.
Wie das Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 illustriert, kann der Aktivierungsmagnet 27 so platziert sein, dass er sich unabhängig von der Relativposition der beiden Kopfstücke 5, 6 im Innern der Führungsausnehmung 63 befindet.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 7 bis 12 ist die Führungsausnehmung 63 direkt in dem ersten Kopfstück 5 ausgebildet. Sie erstreckt sich koaxial zu der Längsachse 4 und hat eine Mündungsöffnung 66 an der inneren Stirnfläche 13 des ersten Kopfstücks 5. Der Aktivierungsstab 28 taucht mit seinem Führungsabschnitt 62 gleitverschieblich durch die Mündungsöffnung 66 hindurch in die Führungsausnehmung 63 des ersten Kopfstückes 5 ein.
Wenn der Antriebskanal 12 das erste Kopfstück 5 durchsetzt, ist es vorteilhaft, wenn der an der inneren Stirnfläche 13 in den Antriebs-Innenraum 8 einmündende innere Endabschnitt des Antriebskanals 12 die Führungsausnehmung 63 bildet. Dadurch erspart man sich eine gesonderte Führungsausnehmung 63. Bei dem Ausführungsbeispiel der 7 bis 12 ist dies der Fall. Damit der in den Antriebskanal 12 eintauchende Führungsabschnitt 62 die Zufuhr und Abfuhr von Druckmedium bezüglich des Antriebs-Innenraumes 8 nicht beeinträchtigt, ist es vorteilhaft, wenn für den Führungsabschnitt 62 ein geringfügig kleinerer Querschnitt gewählt wird als für den als Führungsausnehmung 63 fungierenden inneren Endabschnitt des Antriebskanals 12. Es verbleibt dann ein beispielsweise ringförmiger Strömungsspalt 67 zwischen der Kanalwandung des Antriebskanals 12 und dem Führungsabschnitt 62, durch den hindurch das fluidische Druckmedium strömen kann. Die Querabstützung des Führungsabschnittes 62 kann in diesem Fall radial geringfügig spielbehaftet sein.
Allerdings kann auch bei einer Anordnung gemäß 7 bis 12 analog zum Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 eine spielfreie Querabstützung des Führungsabschnittes 62 erreicht werden, wenn man den Strömungsspalt 67 dadurch realisiert, dass der Führungsabschnitt 62 mit seinem Außenumfang partiell am Innenumfang der Führungsausnehmung 63 anliegt und an seinem Außenumfang über mindestens eine Längsnut oder Abflachung verfügt, die eine Fluidströmung längsseits an dem Führungsabschnitt 62 vorbei ermöglicht. Zusätzlich oder alternativ kann mindestens eine Längsnut oder Abflachung auch am Innenumfang der Führungsausnehmung 63 ausgebildet sein.
Ein separat ausgebildeter Aktivierungsmagnet 27 kann beispielsweise gemäß 3 dadurch an dem Trägerstab 46 fixiert sein, dass seitlich in den Trägerstab 46 eine Aufnahmevertiefung 68 eingebracht ist, in die der Aktivierungsmagnet 27 eingesetzt ist. Der Aktivierungsmagnet 27 ist hier beispielsweise durch Verrastung und/oder durch Verkleben fixiert. Beispielhaft ist der Aktivierungsmagnet 27 gemäß Figure 3 klotzförmig ausgebildet.
Eine andere Befestigungsmöglichkeit ist anhand der 9 bis 11 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ersichtlich. Hier ist der Trägerstab 46 in seiner Längsrichtung zweiteilig ausgebildet und hat einen hinteren Stab-Längenabschnitt 72, in den an der Vorderseite ein einen kleinen Durchmesser aufweisende vorderer Stab-Längenabschnitt 73 eingesetzt ist, beispielsweise durch Einschrauben, Einpressen und/oder Einkleben. Der Aktivierungsmagnet 27 ist hier als Ringmagnet ausgebildet, der in einer gemeinsam von den beiden Stab-Längenabschnitten 72, 73 definierten Ringnut axial unbeweglich gehalten ist. Der vordere Stab-Längenabschnitt 73 bildet zugleich den Führungsabschnitt 62.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10337599 A1 [0002]
DE 102009058653 A1 [0003]
DE 102009018169 A1 [0004]
DE 10115864 C1 [0005]
WO 0061952 A1 [0006, 0009, 0040]

Claims

Aktuatorvorrichtung, mit einer fluidbetätigten Kontraktionseinheit (2), die zwei in der Achsrichtung einer Längsachse (4) zueinander beabstandete erste und zweite Kopfstücke (5, 6) sowie einen sich zwischen den beiden Kopfstücken (5, 6) erstreckenden, an beiden Kopfstücken (5, 6) fluiddicht befestigten Kontraktionsschlauch (7) aufweist, wobei der Kontraktionsschlauch (7) die Eigenschaft hat, bei Innendruckbeaufschlagung unter radialer Aufweitung eine Längenkontraktion auszuführen und wobei der Kontraktionsschlauch (7) gemeinsam mit den Kopfstücken (5, 6) einen Antriebs-Innenraum (8) begrenzt, der durch einen Antriebskanal (12) hindurch mit einem fluidischen Druckmedium beaufschlagbar ist, um den gegenseitigen Abstand der beiden Kopfstücke (5, 6) innerhalb eines Arbeitshubbereiches zu verändern, und mit einer Positionserfassungseinrichtung (3) zur Erfassung mindestens einer axialen Relativposition der beiden Kopfstücke (5, 6), dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung (3) einen außen an dem ersten Kopfstück (5) der Kontraktionseinheit (2) angebrachten Sensorhalter (24) aufweist, an dem ein zur Ausgabe mindestens eines elektrischen Sensorsignales ausgebildeter magnetfeldempfindlicher Positionssensor (25) befestigt ist, der sich außerhalb der Kontraktionseinheit (2) entlang eines Längenabschnittes der Kontraktionseinheit (2) erstreckt, und dass die Positionserfassungseinrichtung (3) über eine an dem zweiten Kopfstück (6) angebrachte Aktivierungseinheit (26) mit einem in Richtung zu dem ersten Kopfstück (5) ragenden Aktivierungsstab (28) verfügt, wobei der Aktivierungsstab (28) einen das mindestens eine elektrische Sensorsignal des Positionssensors (25) hervorrufenden permanentmagnetischen Aktivierungsmagnet (27) aufweist.
Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivierungsmagnet (27) durch den Aktivierungsstab (28) in einer derartigen Relativposition zu dem Positionssensor (25) gehalten ist, dass er in der Lage ist, den Positionssensor (25) bei jeder innerhalb des Arbeitshubbereiches liegenden Relativposition der beiden Kopfstücke (5, 6) zwecks Erzeugung eines Sensorsignals zu aktivieren.
Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung (3) zur kontinuierlichen Erfassung sämtlicher axialen Relativpositionen der beiden Kopfstücke (5, 6) innerhalb des Arbeitshubbereiches ausgebildet ist.
Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Positionssensor (25) und der Aktivierungsstab (28) in jeder axialen Relativposition der beiden Kopfstücke (5, 6) axial überlappen.
Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivierungsstab (28) einen Trägerstab (46) aufweist, der den bezüglich des Trägerstabes (46) separat ausgebildeten Aktivierungsmagnet (27) trägt und der über einen dem ersten Kopfstück (5) zugewandten vorderen Endabschnitt (48) sowie einen diesbezüglich entgegengesetzten hinteren Endabschnitt (47) verfügt, wobei er im Bereich seines hinteren Endabschnittes (47) an dem zweiten Kopfstück (6) befestigt ist.
Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerstab (46) aus einem unmagnetischen, nicht magnetisierbaren Material besteht, zweckmäßigerweise aus Aluminium oder Kunststoff.
Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivierungsmagnet (27) derart an dem Trägerstab (46) angeordnet ist, dass er unabhängig von der axialen Relativposition der beiden Kopfstücke (5, 6) eine Position einnimmt, die auf axialer Höhe des Kontraktionsschlauches (7) in einem axialen Abstand zu beiden Kopfstücken (5, 6) liegt.
Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der an dem Sensorhalter (24) befestigte Positionssensor (25) entlang einer Teillänge des Kontraktionsschlauches (7) längsseits neben dem Kontraktionsschlauch (7) erstreckt.
Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der an dem ersten Kopfstück (%) der Kontraktionseinheit (2) befestigte Sensorhalter (24) einen sich ausgehend von dem ersten Kopfstück (5) frei endend ein Stück weit in Richtung zu dem zweiten Kopfstück (6) erstreckenden und sich dabei längsseits neben dem Kontraktionsschlauch (7) erstreckenden Haltearm (36) aufweist, an dem der Positionssensor (25) befestigt ist.
Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorhalter (24) eine sich in der Längsrichtung der Kontraktionseinheit (2) erstreckende Befestigungsnut (44) aufweist, in der der Positionssensor (25) in axial einstellbarer Weise lösbar befestigt ist.
Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorhalter (24) bezüglich des ersten Kopfstückes (5) separat ausgebildet und durch eine Befestigungseinrichtung (38) an dem ersten Kopfstück (5) befestigt ist, wobei die Befestigungseinrichtung (38) zweckmäßigerweise einen als Bestandteil des Sensorhalters (24) ausgebildeten, an dem ersten Kopfstück (5) fixierten Befestigungsabschnitt (35) aufweist.
Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivierungsstab (28) einen dem ersten Kopfstück (5) axial zugewandten vorderen Endabschnitt (48) aufweist, wobei dieser vordere Endabschnitt (48) als ein Führungsabschnitt (62) ausgebildet ist, der in linear verschiebbar geführter und radial abgestützter Weise in eine bezüglich des ersten Kopfstückes (5) ortsfeste Führungsausnehmung (63) eintaucht.
Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsausnehmung (63) direkt in dem ersten Kopfstück (5) ausgebildet ist oder in einem Führungsteil (64) ausgebildet ist, das als gesondertes Bauteil an dem ersten Kopfstück (5) befestigt ist.
Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungseinheit (26) außerhalb der Kontraktionseinheit (2) angeordnet ist, wobei sich der Aktivierungsstab (28) längsseits neben dem Kontraktionsschlauch (7) erstreckt.
Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 14 in Verbindung mit Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorhalter (24) die Führungsausnehmung (63) aufweist und gleichzeitig das Führungsteil (64) bildet.
Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungseinheit (26) innerhalb der Kontraktionseinheit (2) angeordnet ist, wobei sich der Aktivierungsstab (28) in dem Antriebs-Innenraum (8) axial erstreckt.
Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 16 in Verbindung mit Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivierungsstab (28) den Antriebs-Innenraum (8) in voller Länge axial durchsetzt und mit seinem Führungsabschnitt (62) in eine Führungsausnehmung (63) des ersten Kopfstückes (5) eintaucht, die an einer den Antriebs-Innenraum (8) begrenzenden inneren Stirnfläche (13) des ersten Kopfstückes (5) ausmündet.
Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebskanal (12) das erste Kopfstück (5) durchsetzt und mit seinem in den Antriebs-Innenraum (8) einmündenden inneren Endabschnitt die Führungsausnehmung (63) bildet.
Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungseinheit (26) bezüglich des zweiten Kopfstückes (6) separat ausgebildet und durch eine Befestigungseinrichtung (53) an dem zweiten Kopfstück (6) befestigt ist, wobei die Befestigungseinrichtung (53) zweckmäßigerweise einen als Bestandteil der Aktivierungseinheit (26) ausgebildeten, an dem zweiten Kopfstück (6) fixierten Befestigungsabschnitt (52) aufweist.
Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontraktionsschlauch (7) der fluidbetätigten Kontraktionseinheit (2) einen aus einem gummielastischen Material bestehenden Schlauchkörper (22) und eine zu dem Schlauchkörper (22) koaxiale, in das Material des Schlauchkörpers (22) eingebettete Strangstruktur (23) mit einer Vielzahl von biegeflexiblen und zugleich axial zugfesten Fasersträngen (23a) aufweist, wobei die Faserstränge (23a) zweckmäßigerweise in einer Überkreuzkonfiguration angeordnet sind.