DE1937402B2 - Fluidmuskel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung eines Flüssigkeits-, Dampf- oder Gasdrukkes in eine Drehbewegung mit einem veränderbaren, druckaufnehmenden Volumen, welches mindestens teilweise durch wenigstens eine mittels Versteifungselementen nur in einer Richtung dehnbare Membran begrenzt ist. die mit mindestens zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen in Verbindung steht.

Es ist bereits eine Vorrichtung zur Umwandlung eines Druckmitteldruckes in eine Antriebsbewegung mit einem veränderbaren, druckaufnehmenden Volumen bekannt, welches mindestens teilweise durch wenigstens eine mittels Versteifungselementen nur in einer Richtung dehnbare Membran begrenzt ist, welche mit mindestens zwei starren, relativ zueinander bewegbaren Teilen in Verbindung steht. Mit dieser Vorrichtung kann jedoch eine Drehbewegung nicht unmittelbar erzeugt werden.

Vielmehr muß in aufwendiger Weise eine geradlinige Bewegung mit Hilfe eines Schwenkhebels in die gewünschte Drehbewegung umgewandelt werden. Diese verhältnismäßig aufwendige, leistungs- und platzraubende Konstruktion erscheint daher nicht zur Erzeugung von Drehbewegungen geeignet, wie sie insbesondere unter beengten Platzverhältnissen, z. B. für die Betätigung ferngesteuerter künstlicher Arme erwünscht sind.

Dem Anmeldungsgegenstand liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch Beaufschlagung einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art mittels Druck ohne Zwischenschaltung von Kurbeln, Hebeln od. dgl. unmittelbar eine Drehbewegung zu erzeugen.

Zur Lösung dieser" Aufgabe schlägt die Erfindung eine Vorrichtung vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Membran, schlauchförmig ausgebildet und zwischen den Teilen angeordnet ist und daEi die Versteifungselemente an der Membran etwa gleichgerichtet wendelförmig angebracht sind.

Da die Versteifungselemente praktisch nicht dehn-

bar sind, können sie sich wegen ihrer wendeiförmigen Anordnung an der aus elastischem Material bestehenden Membran bei Druckänderung nur in ihrer Schräglage zur Radialrichtung verlagern, was ein relatives Verdrehen der Teile zueinander zur Folge hat.

Gegebenenfalls kann das druckaufnehmende Volumen in an sich bekannter Weise zwischen zwei schlauchförmigen Membranen liegen. Auf diese Weise wird mit entsprechend weniger Druckmedium eine gewünschte Druckänderung und gegebenenfalls

so ein größeres Drehmoment möglich.

Ein weiterer Vorschlag gemäß der Erfindung kann dadurch gekennzeichnet sein, daß die Membran ein etwa toroidförmiges, druckaufnehmendes Volumen begrenzt, daß die Versteifungselemente schräg zur

Radialrichtung verlaufen und daß die Membran etwa am Außenrand mit einem festgelegten oder antreibbaren, starren Teil und entsprechend etwa am Innenrand mit einem antreibbaren oder festgelegten starren Teil verbunden ist. Bei erhöhtem Druck im Inneren der Membran dreht sich dabei der antreibbare Teil etwa koaxial zum festgelegten Teil um einen bestimmten Winkel und geht durch die Elastizität der Membran oder unter der Wirkung eines Soges wieder in seine Ruhestellung zurück, wenn kein Druck mehr vorhanden ist.

Es ist vorteilhaft, wenn auf die Membran auf mindestens einer Seite dichtendes, elastisches Material aufgebracht ist. Die Membran selbst kann dann im wesentlichen aus. einem als Versteifungsclement wirkenden Material hergestellt se«n.

Die oben beschriebenen Vorrichtungen zeichnen sich durch einfachen Aufbau und geringes Leistungsgewicht aus, auch sind Reibungsverluste geringer als bei bekannten Vorrichtungen. Ferner ist damit die Möglichkeit der direkten Umwandlung von VoIumcnex.pansion in Torsionsarbeit ohne gleitende Abdichtung geschaffen.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt in etwas schematisierter Darstellung

F i g. 1 eine Ausf ührung einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Drehbewegung in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführung einer Vorrichtung mit Torsionswirkung im Querschnitt und

F i g. 3 die Vorrichtung mit Torsionswirkung gemäß Fig. 2 in einer Teildraufsicht.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 zur unmittelbaren Umwandlung eines Flüssigkeits-, Dampf- oder Gasdruckes in eine Drehbewegung, die hier als Fluidmuskel bezeichnet wird, weist zwei gegeneinander bewegliche, starre Teile A und B auf, die den Kolben und Zylindern bei Maschinen oder den aufeinandergrenzenden Gelenkknochen entsprechen. Zwischen den starren Teilen A und B sind im Ausführungsbeispiel zwei Membranen C aufgespannt, die an den Teilen A und B befestigt sind.

Die Teile A und B bilden zusammen mit den Mem-

branen C mindestens ein Volumen D, das zur Aufnahme des druckausübenden Mediums dient. Im Beispiel nach Fig. 1 liegt dieses Volumen D zwischen den beiden Membranen C.

Die Membranen haben anisotrope Elastizitätsmoduln, sie sind in einer bestimmten Richtung I praktisch undehnbar (E₁ -* °°) und in der dazu senkrechten Richtung II leicht dehnbar (JT₁₁ -*·»). Diese Verhältnisse sind in der Fig. 1 dargestellt. Die elastische Anisotropie einer Membran C erreicht man dadurch, daß man in eine dehnbare Membran eine parallele Schar biegsamer aber undehnbarer Versteifungselemente 20 einbettet.

Die Membranen C sind an den beiden starren Teilen A und B befestigt, wobei in den Teilen bei dieser Ausführungsform nicht dargestellte Öffnungen vorgesehen sind, durch welche das Druckmedium in das Volumen D zwischen den Membranen C zu- und abgeleitet werden kann. Beide Membranen C haben im ungespannten Zustand etwa die Form koaxialer Schläuche; sie sind mit Versteifungselementen 20 etwa in Form wendelförmig parallel nebeneinanderliegender Drähte versehen, die ebenfalls an den Teilen A und B befestigt sind. Wird durch die Öffnungen hindurch Druckmedium zwischen die Membranen C geleitet, so werden diese in radialer Richtung verformt.

Die Durchbiegung der Membranen C bewirkt, daß die von den Versteifungselementen 20 durchlaufenen Strecken bei gleichbleibender Lage dieser Elemente länger werden müßten, was durch diese Versteifungselemente aber verhindert wird. Eine Ausweichmöglichkeit für die wendelförmig angeordneten Versteifungselemente besteht jedoch darin, sich mehr der Axialrichtung der Vorrichtung anzupassen, was eine relative Drehbewegung der Teile Λ und B zueinander zur Folge hat. Dieser Effekt wird verstärkt, wenn gleichzeitig eine Relativbewegung der Teile A und B in Längsrichtung verhindert wird.

Die Druckerhöhung im Volumen D bewirkt damit eine Torsion der Vorrichtung, die deshalb als ein in der Natur nicht vorkommender Torsionsmuskel bezeichnet werden kann. Wird das eine starre Teil, z. B. Teil A, festgehalten, so dreht sich das Teil B hin und her je nachdem, welche Druckverhältnisse im VoIu-

men D herrschen, da die Membranen C mit ihren Versieifungselementen 20 bestrebt sind, elastisch in ihre Ruhelage zurückzukehren, wenn der Druck abnimmt. In an sich bekannter Weise kann die Bewegung des Teils B als Antriebsbewegung nutzbar ge-

macht werden.

Ein in der Natur ebenfalls nicht vorkommender Torsionsmuskel ist durch das Beispiel nach F i g. 2 und 3 realisiert. Die Membran C hat hier im aufgedehnten Zustand, der in F i g. 2 sichtbar ist, etwa die Form eines

Ringwulstes oder Toroids, die man auch vom aufgeblasenen Autoreifen her kennt. Das starre Teil A sei festgelegt und ringförmig ausgebildet. Es ist mit einer Öffnung 10 versehen, die der Zu- und Ableitung des Druckmediums dient. Die Membran C ist mit im Pro-

fil U-förmigen Ringen 11 und 12 sowohl am festgelegten Teil A als auch am bewegbaren Teil B befestig!, wobei letzteres als Welle ausgebildet ist.

In Fig. 3 erkennt man die Anordnung der fadenförmigen Versteifungselemente 20, die schräg gegen-

über der vom Teil B zum Teil A führenden Radialrichtung verlaufend angeordnet sind. Die Versteifungselemente 20 sind mit den Ringen 11 und 12 und über diese Ringe 11 und 12 auch mit den Teilen A und B verbunden.

Wenn das Volumen D mit Druckmedium gefüllt wird, dehnen sich die vorher etwa parallelen Teile der Membran C voneinander weg und die Versteifungselemente 20 werden verbogen, so daß die Entfernung ihrer Enden abnimmt. Aus Fig. 2 und 3 wird dabei

deutlich, daß in diesem Fall bei festgehaltenem Ring 11 bzw. Teil A der Ring 12 mit dem Wellenteil B eine Drehbewegung in Richtung des Pfeils φ ausführt. Läßt der Druck nach, nehmen die Membran C und die Versteifungselemente 20 wieder ihre gestreckte Ruhelage ein, wobei sich der Wellenteil B in entgegengesetzter Richtung dreht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Umwandlung eines Flüssigkeits-, Dampf- oder Gasdruckes in eine Drehbewegung mit einem veränderbaren, druckaufnehmenden Volumen, welches mindestens teilweise durch wenigstens eine mittels Versteifungselementen hur in einer Richtung dehnbare Membran begrenzt ist, die mit mindestens zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (C) Schlauchförmig ausgebildet undzwischen den Teilen (A, S) angeordnet ist und daß die Versteifungselemente (20) an der Membran (C) etwa gleichgerichtet wendelförmig angebracht sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das druckaufnehmende Volumen in an sich bekannter Weise zwischen zwei schlauchförmigen Membranen (C) liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (C) ein etwa toroidförmiges, druckaufnehmendes Volumen (V) begrenzt, daß die Versteifungselemente (20) schräg zur Radialrichtung verlaufen und daß die Membran (C) etwa am Außenrand mit einem festgelegten oder antreibbaren, starren Teil (A) und entsprechend etwa am Innenrand mit einem antreibbaren oder festgelegten starren Teil (B) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Membran (C) auf mindestens einer Seite dichtendes, elastisches Material aufgebracht ist.