DE19609733C1 - Aktuator zur Erzeugung hoher Stellkräfte und großer Stellwege - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator zur Erzeugung hoher Stellkräfte und großer Stellwege, mit einem Übertragungselement zur Übertragung der Stellkräfte, das ein gezielt beeinflußbarer Innendruck in einem mindestens indirekt druckfest verschlossenen Aktuatorhohlraum betätigt.

Als Aktuator bezeichnet man in der Regel ein Bauelement am Ausgang einer Steuer- oder Regelstrecke, das in Energie- oder Masseströme eingreift. Die vor­ liegende Erfindung betrifft einen solchen Aktuator, der darüber hinaus den be­ sonderen Anforderungen beim Einbau in tragende Strukturen, wie z. B. einem Tragflügel eines transsonischen Verkehrsflugzeuges zur Veränderung des Trag­ flügelprofils entsprechend der US-PS 4,296,900 Rechnung trägt. Natürlich ist dies nicht die einzige mögliche Anwendung.

Zur Erzeugung großer Stellwege bei gleichzeitig großen Stellkräften mittels ei­ nes Aktuators werden im Stand der Technik hauptsächlich elektrische, hydrau­ lische und pneumatische Antriebe bzw. Aktuatoren verwendet. Welcher der be­ kannten Aktuatoren eingesetzt werden kann, hängt jeweils von den bestehen­ den konstruktiven Möglichkeiten und der physikalischen Form der zur Verfügung stehenden Leistung ab. Bei elektrischen Aktuatoren ist in erster Linie ein Schrittmotor zu nennen, der im Vergleich zu anderen EC Motoren eine kosten­ günstigere Lösung darstellt. Der Schrittmotor weist im allgemeinen jedoch An­ laufprobleme, Außer-Tritt-Fallen bei Überlast und Schwingungen bei plötzlichen Zustandsänderungen auf. Diese Eigenschaften stören oder behindern die not­ wendige Einhaltung der elektrischen Impulszahl. Für eine zeitlich schnelle und genaue Positionierung sind Schrittmotoren daher nur bedingt einsetzbar, da ei­ ne Verkleinerung der Schrittwinkel und eine Erhöhung der Schrittfrequenz zu unterschiedlichen Drehmomenten, zusätzlichen Kosten und zusätzlichen Verlu­ sten führen kann. Das Ausschwingen des Motorläufers nach dem Abschalten der Spannung verlängert außerdem die Positionierzeit, so daß eine zusätzliche Dämpfung meist unerläßlich ist.

In mancher Hinsicht günstiger erweisen sich im Stand der Technik bekannte hy­ draulische Antriebe bzw. Aktuatoren. Bei gleicher Leistung hat ein Hydromotor ein wesentlich besseres Zeitverhalten, geringeres Leistungsgewicht und gerin­ ges Einbauvolumen. Besonders nachteilig bei einer Hydraulik erweist sich aller­ dings die Kompressibilität der Ölsäule und auftretender Schlupf. Die hohe Kom­ pressibilität des Öls wird zusätzlich durch die im Öl gelöste Luft erhöht. Durch das Vorhandensein der Luft ergeben sich ruckweises Arbeiten, lange Umsteuer­ zeiten und rasche Alterung. Der Schlupf wird durch Leckverluste und Kompres­ sibilität bedingt. Bei einer exakten Positionierung muß daher die Genauigkeits­ anforderung durch zusätzliche steuerungs- und/oder regelungstechnische Maß­ nahmen erfüllt werden.

Aus der US-PS 4,090,286 ist ein elektrischer, fluidbetätigter Schalter bekannt. Bei diesem strömt ein Fluid bei entsprechendem Druck in eine aus zwei kreis­ förmigen Plättchen bestehende Membrankonstruktion. Die beiden kreisförmigen Plättchen liegen im Zentralbereich aneinander an, während sie im peripheren Bereich zwischen sich eine ringförmige Kammer bilden. Strömt das Fluid bei einem bestimmten Druck in diese Kammer, werden die beiden Plättchen da­ durch auseinandergedrückt und schieben so gegen die Wirkungskraft einer Fe­ der ein Schalterbetätigungselement. Durch einen außerordentlich komplizierten Mechanismus wird das Betätigungselement etwa in seiner Richtung stabilisiert; es ist auch keine Übertragung einer Stellkraft, sondern lediglich ein An- und Abschaltmechanismus vorgesehen.

Aus der US-PS 4,507,922 ist eine Anordnung zur Temperaturüberwachung ei­ ner Flüssigkeit bekannt. Zwei metallische, insbesondere aus Blech bestehende Scheiben sind aufeinandergelegt und außen zusammengeklemmt. Zwischen den beiden Scheiben ist im äußeren Bereich ein ringförmiger Raum geschaffen, in dem sich die Flüssigkeit befindet. Im zentralen Bereich liegen die beiden Scheiben aufeinander. Wird die Temperatur der Flüssigkeit erhöht, dehnt sie sich aus und bei genügend großer Temperaturerhöhung schiebt sie auch den zentralen Bereich bis zu einem bestimmten Maximum auseinander. Ein auf der Außenhaupt angeordneter Kupplungsmechanismus kann ein Übertragungs­ element bewegen. Dieses Übertragungselement ist instabil und kann praktisch ausschließlich zur Ein- oder Ausschaltung eines anderen Mechanismus einge­ setzt werden. Als Antrieb oder Aktuator kann es nicht angesprochen werden.

Neben den Hydromotoren sind noch pneumatische Antriebe bzw. Aktuatoren bekannt, die prinzipiell den hydraulischen entsprechen. Der Unterschied hydrau­ lischer und pneumatischer Bauformen begründet sich im wesentlichen in den Eigenschaften der verschiedenen Druckübertragungsmedien. Bei pneumati­ schen Antrieben hat die Druckluft als Übertragungsmedium diverse Nachteile, die die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes solcher Aktuatoren stark beeinflussen. So weisen derartige pneumatische Aktuatoren, bedingt durch die Druckbegren­ zung, relativ große Abmessungen auf.

Aus der DE 28 48 651 C2 ist ein druckmittelbetriebener Stellantrieb bekannt. Hier ist ein etwa zylindrischer Balg vorgesehen, der auf zwei gegenüberliegen­ den Längsseiten mit Haltegliedern versehen ist. Ist der Balg mit dem Druckmittel gefüllt und damit der Innenraum kreiszylindrisch, sind die beiden Halteglieder relativ wenig weit voneinander entfernt. Wird das Druckmittel aus dem Balg her­ ausgenommen, nähern sich die Innenseiten der Balgflächen aneinander an, dieser wird länglich, so daß die Halteglieder ihren Abstand vergrößern. Der Balg selbst besteht dabei aus undehnbarem Material, beispielsweise aus Fe­ dermetall. Dieser Stellantrieb hat insbesondere in Richtung der Stellkraft einen hohen Raumbedarf und benötigt intensive zusätzliche Stabilisierung. Die Kraft­ richtung ist unspezifisch.

Bei den meisten pneumatischen Antrieben bzw. Aktuatoren ist außerdem die verwendete Luft mit Öl anzureichern, um die Bauteile zu schmieren, was jedoch wiederum eine Belästigung durch den in der Abluft enthaltenden Ölnebel dar­ stellt. Als nachteilig ist noch die Belästigung durch Abluftgeräusche zu nennen und die Gefahr von Vereisungen. Auch bedarf es einer Aufbereitung der ver­ wendeten Luft, da die in der Luft mitgeführten Verunreinigungen und das Kon­ densatwasser vor deren Verwendung abgeschieden werden müssen. Der Leistungsbedarf eines solchen pneumatischen Aktuators übersteigt mehr als das Zehnfache desjenigen eines elektrischen Aktuators.

Alle bekannten Aktuatoren lassen sich überdies nur sehr aufwendig in vorhan­ dene, auch tragende Strukturen, wie z. B. Tragflügeln von Flugzeugen, inte­ grieren und können darüber hinaus von sich aus keine tragenden Stabilitäts­ funktionen, beispielsweise Biegemomente übernehmen bzw. aufnehmen.

Ein weiterer wichtiger Nachteil bei allen bekannten Aktuatoren ist die rein punktförmige Kraftübertragung, die besonders bei flachen Tragflügeln eine besondere konstruktive Ausgestaltung desselben erfordert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Aktuator zur Erzeugung hoher Stellkräfte und großer Stellwege zu schaffen, der flach, kompakt, robust, einfach und ohne innere bewegliche Teile zum Einbau in besonders flache tragende Strukturen ausgebildet ist und einen quasi wartungs-, schlupf- und ruckfreien Betrieb mit kurzen Positionierzeiten gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Aktuator zur Erzeu­ gung hoher Stellkräfte und großer Stellwege mit einem Übertragungselement zur Übertragung der Stellkräfte, das ein gezielt beeinflußbarer Innendruck in einem mindestens indirekt druckfest verschlossenen Aktuatorhohlraum betätigt, bei welchem ein rohrförmiges Hohlraumprofil den wirksamen Aktuatorhohlraum bildet, dessen Mantelfläche in Wirkrichtung der Stellkräfte und in Längsrichtung des Hohlraumprofils linienförmig stark eingedellt ist und das Hohlraumprofil in zwei spiegelsymmetrische Teilquerschnittsflächen aufteilt und bei welchem die linienförmige Eindellung einen Steg als Übertragungselement für die Stellkräfte aufnimmt.

Es hat sich gezeigt, daß der erfindungsgemäß besonders einfach aufgebaute Aktuator zur Erzeugung großer Verformungen bei moderat großen Kräften ge­ eignet ist, dabei besonders leicht in vorgegebene Strukturen integrierbar ist und sogar mittragende Teilstruktur derselben sein kann, wodurch der erfindungs­ gemäße Aktuator insbesondere zur Konturbeeinflussung von Tragflügeln trans­ sonischer Verkehrsflugzeuge geeignet ist, jedoch auch überall dort, wo große Aktuatorwege bei geringer Bauhöhe gefordert werden, wie z. B. bei Motorla­ gerungen.

Das erfindungsgemäße besonders einfache Prinzip besteht aus einem in axialer Richtung wie auch immer, auch außerhalb eines wirksamen Aktuatorhohlraumes verschlossenen oder in sich geschlossenen Hohlraumprofil mit bezüglich einer in Wirkrichtung einer Stellkraft verlaufenden symmetrischen Eindellung in Längsrichtung, die sich druckabhängig aufbiegt und einen darin gelagerten Steg bewegt. Die Größe der Aufbiegung und die damit zu erzielende Kraft läßt sich dabei direkt vom Innendruck beeinflussen. Mit Hohlraumprofil ist immer der­ jenige Abschnitt eines solchen gemeint, der durch den wirksamen Aktuator­ hohlraum bestimmt ist, also eine Eindellung aufweist, die zur Aufnahme eines Steges dienen kann.

Bevorzugt ist es, wenn ein elastischer Liner vorgesehen ist, der als Dichtungs­ schicht den Aktuatorhohlraum direkt oder indirekt verschließt. Der Liner ist das­ jenige Element, das u. a. für den druckdichten Abschluß an den Längsenden des Aktuators sorgt, an denen das Hohlraumprofil in im übrigen unkritischer Weise elastisch zu- oder ausläuft. Der Liner nimmt - im übertragenen Sinne ähnlich einem Fahrradschlauch - druckdicht das seinen Innendruck ändernde Medium auf. Er kann wie bevorzugt im Inneren des Hohlraumes, aber auch mit dem Profil fest verbunden auf dessen Außenhaut sitzen.

Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, daß die durch die Eindellung erzeugten spiegelsymmetrischen Querschnittsflächen eine annähernd kreisrunde oder elliptische Form aufweisen. Dies hat nicht nur die weiter unten aufgeführten funktionellen Vorteile hinsichtlich der Befestigung des Steges, sondern auch den Vorteil, daß der sich in Längsrichtung erstreckende Aktuator selbst Biege­ kräfte aufnehmen kann und somit gleichzeitig als tragendes Teil einer Konstruk­ tion dienen kann.

Die Größe der in Wirkrichtung erzeugten Verformung bestimmt sich neben dem Innendruck durch eine gewählte Randbedingung an den zum Steg weisenden offenen Enden des Profils. Da senkrecht zur Wirkrichtung und in Längsrichtung des Aktuators aufgrund der Symmetrie keine Verschiebung auftritt, können die offenen Enden des Hohlraumprofils momentenfrei oder verdrehungsfrei gelagert werden. Zur Erzielung großer Stellwege ist eine momentenfreie Lagerung vorzu­ ziehen. Neben den annähernd kreisförmigen spiegelsymmetrischen Quer­ schnittsflächen sind auch entsprechend elliptische Querschnittsflächen realisier­ bar. Sie zeigen ein nahezu gleiches Verformungsverhalten bei wesentlich gerin­ geren Einbauhöhen.

Vorteilhaft ist ferner vorgesehen, daß die eingedellten Mantelabschnitte der spiegelsymmetrischen Teilabschnitte des Hohlraumprofils jeweils ins Innere des­ selben und in dessen Längsrichtung verlaufende Profilenden aufweisen, die den Steg zwischen sich seitlich lagern. Die seitliche Lagerung des Stegs dient u. a. auch der einfachen radialen Zentrierung derselben in Wirkrichtung der Stellkräf­ te.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Hohlraumprofil auf seiner äußeren Oberfläche den elastischen Liner aufweist, der über die Profilenden an den eingedellten Mantelabschnitten hinaus weit in den Aktuatorinnenraum hineinragt und diesen auch in diesem Bereich vollständig verschließt. Der elastische Liner dient hier nicht nur der Abdichtung des wirksamen Aktuatorhohlraumes auch im Bereich der eingedellten Mantelabschnitte, son­ dern auch zur Kraftübertragung auf den Steg, dessen hohlraumseitige Kante er umschließt.

Vorteilhaft ist vorgesehen, daß das Hohlraumprofil aus Faserverbundwerkstoff und/oder superelastischem Nickeltitan und/oder elastischem geeigneten Metall besteht. Obgleich vor allem die Faserverbundwerkstoffe hinsichtlich ihres Ge­ wichts vorteilhaft Verwendung finden, kann es bei manchen Anwendungen er­ forderlich sein, auch metallische Materialien einzusetzen.

In einer Ausführungsform ist ferner vorgesehen, daß der Steg zwischen den Pro­ filenden der eingedellten Mantelabschnitte hindurch in den Aktuatorhohlraum ragt und dort eine beispielsweise elliptische oder kreisrunde Verdickung auf­ weist, die von außen zum Beispiel in eine Lasche des Liners einfügbar ist. Wie bereits ausgeführt wurde, kann der Liner in diesem Bereich weit ins Innere des Aktuatorhohlraums hineinragen. Er kann dadurch gleichsam abdichtend in einer in Längsrichtung des Hohlraumprofils verlaufenden Lasche die Verdickung des Steges aufnehmen, und gleichzeitig diesen Bereich dichtend verschließen, wo­ bei ein Herausrutschen des Steges aus dem Hohlraumprofil wegen der Ver­ dickung ausgeschlossen ist. Die Verdickung kann auch unten spitz zu laufen und oben zur weiter verbesserten Sicherung breiter sein und hakenförmig ausgebil­ det werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ein­ dellung derart weit ins Zentrum des Hohlraumprofils ragt, daß ein pneumatischer oder hydraulischer Innendruck die Profilenden der eingedellten Mantelabschnitte gegeneinander, den Stab einklemmend bewegt und diesen gleichzeitig mit seiner Verdickung gegen die inneren Bereiche der Profilenden preßt und somit bei Abstützung des dem Steg gegenüberliegenden Hohlraumprofilabschnittes eine radiale Bewegung des Steges aus dem Zentrum heraus bewirkt.

Unabhängig von der Erzeugung des Innendrucks im Hohlraumprofil, z. B. pneu­ matisch oder hydraulisch, ist hierdurch auf einfachste Weise sichergestellt, daß der Steg exakt radial zum Zentrum des Hohlraumprofilquerschnittes entspre­ chend der gewünschten Wirkrichtung geführt ist und eine sichere Befestigung aufweist, nämlich durch die Quetschung des Stegs und der Verdickung zwi­ schen bzw. an den Profilenden. Bei entsprechender abstützender Lagerung des Hohlraumprofils, nämlich in Wirkrichtung gegenüber dem eingedellten Mantelab­ schnitt punktförmig oder in Längsrichtung des Hohlraumprofils linienförmig ist ei­ ne definierte radiale Bewegung des Steges aus dem Zentrum des Hohlraumpro­ filquerschnittes heraus auf einfache Weise möglich.

Ferner ist vorteilhaft vorgesehen, daß der Steg als rechteckförmige Platte aus­ gestaltet ist und sich mit einer seiner längsten Kanten über die volle Länge des Hohlraumprofils in dessen Eindellung erstreckt. Hierdurch ist es auf einfachste Weise möglich, die Stellkräfte nicht nur punktförmig, sondern linienförmig zu übertragen. Der mit der Struktur in Verbindung stehende und die Kräfte übertra­ gende linienförmige Steg kann, obwohl grundsätzlich rechteckförmig ausgebil­ det, darüber hinaus an die Struktur angepaßt sein und dadurch die Konstruktion der Struktur erheblich vereinfachen.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß das Hohlraumprofil in Längsrich­ tung zu einem Kreis oder Torus geschlossen ist und der Steg einen zylinder­ förmigen Ring bildet, der in axialer Richtung der Hauptachse des Torus beweg­ bar ist. Hierdurch ergeben sich vielerlei weitere vorteilhafte Ausgestaltungs- und Einsatzmöglichkeiten. Erwähnt sei hier nur die durch den Kreis bedingte sichere Abstützung, die in gewissem Umfang auch schräg einwirkende Stellkräfte zu­ läßt.

Vorteilhaft ist das Hohlraumprofil des torusförmigen Aktuators aus miteinander verbundenen inneren und äußeren Schalen aufgebaut und weist an den Profi­ lenden ineinandergreifende Schalenabschnitte auf. Diese zweischalige Ausge­ staltung des torusförmigen erfindungsgemäßen Aktuators ermöglicht eine ferti­ gungstechnische Vereinfachung. Gegenüber der langgestreckten zylindrischen Bauweise, mit der eine Stellkraft entlang einer Linie zur Verfügung gestellt wer­ den kann, kann mit dem torusförmigen Aktuator eine ringförmige Stellkraft und/oder punktförmige Stellkraft zur Verfügung gestellt werden. Der torusförmige Aktuator ist darüber hinaus gegenüber schräg einwirkenden Kräften robust.

Insgesamt kann somit festgestellt werden, daß der erfindungsgemäße Aktuator gegenüber bekannten elektrischen, hydraulischen und pneumatischen Aktua­ toren eine Vielzahl von Vorteilen aufweist. Neben der bereits genannten wichti­ gen Möglichkeit der Strukturintegration zeichnet sich der erfindungsgemäße Ak­ tuator durch eine geringe Bauhöhe und eine kompakte Bauweise aus.

Da er keinerlei bewegliche Teile, wie Kolben, Zahnräder oder Riemen usw. aufweist, ist er äußerst wartungsarm bei einem Leistungsbedarf, der sich allein durch die Erzeugung des notwendigen Innendrucks bestimmt. So können schwerwiegende Nachteile bei hydraulischen oder pneumatischen Bauformen mit dem erfindungsgemäßen Aktuator umgangen werden. So sind beispiels­ weise keine aufwendigen Dichtungen erforderlich, wegen des für die Hydraulik geringen notwendigen Innendrucks und der ansonsten nicht benötigten inneren beweglichen Teile. Auch ist dadurch die Gefahr des Lufteinschlusses wesentlich geringer und Schlupf, ruckweises Arbeiten und lange Umsteuerzeiten werden sicher verhindert. Ferner treten keine Leckagen und die damit verbundenen Druckverluste auf.

Bei pneumatisch erzeugtem Innendruck kann darüber hinaus auf eine Ölanrei­ cherung der Luft verzichtet werden. Auch beeinträchtigen Verunreinigungen der Luft nicht die Funktionsweise des Aktuators, so daß auf Filter vollständig verzichtet werden kann und nur noch die Gefahr der Vereisung und die Belästi­ gung durch Abluftgeräusche bleibt. Da die Vereisung jedoch durch die Beschickung mit getrockneter Luft aus einem Reservoir vermieden werden kann, steht auch ein hiergegen ein robuster Aktuator zur Verfügung. Wie bereits erwähnt, kann der Aktuator eine mittragende Komponente der Struktur sein und führt somit bei Ausfall nicht zu deren Funktionsbeeinträchtigung bei.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Un­ teransprüchen.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Be­ zugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Aktuator,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines zylindrisch ausgebildeten erfin­ dungsgemäßen Aktuators,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen als Torus ausgebildeten erfindungsgemä­ ßen Aktuator, und

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie A-A des torusförmigen Aktuators gemäß Fig. 3.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Aktuator 10, der einen in Wirkrichtung gemäß Pfeil 11 beweglichen Steg 12 zur Übertragung der erzeugten hohen Stellkräfte aufweist. Der Steg 12 vollzieht einen Stellweg in Richtung des Pfeils 11, in der Fig. 1 nach oben. Der Steg 12 greift in ein Hohl­ raumprofil 13 ein, von welchem ein Aktuatorhohlraum 14 gebildet wird, in dem ein gezielt beeinflußbarer Innendruck P aufgebaut werden kann, der letztlich den Steg 12 in gewünschter Weise bewegt. Der Abschnitt des Hohlraumprofils 13, der einen Steg 12 aufweisen kann, definiert dabei den Aktuatorhohlraum 14, der wirksam und immer gemeint ist. D. h., das Hohlraumprofil kann bei zy­ lindrischem Aktuator 10 zu beiden Seiten des Aktuators 10 weiterführen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Hohlraumprofil 13 rohrförmig ausge­ bildet ist und dessen Mantelfläche in Wirkrichtung gemäß Pfeil 11 und ebenfalls in Längsrichtung des Hohlraumprofils 13 linienförmig zur Aufnahme und Betä­ tigung des Steges 12 stark eingedellt ist und somit das Hohlraumprofil 13 in zwei spiegelsymmetrische Teilquerschnittsflächen 15 aufgeteilt ist. Die durch die Eindellung erzeugten spiegelsymmetrischen Teilquerschnittsflächen 15 können eine annähernd kreisrunde Form aufweisen. Neben der in Fig. 1 dargestellten kreisrunden Form sind auch elliptische Formen realisierbar. Diese zeigen ein nahezu gleiches Verformungsverhalten bei wesentlich geringen Einbauhöhen.

Die eingedellten Mantelabschnitte 16 der spiegelsymmetrischen Teilabschnitte des Hohlraumprofils 13 haben jeweils ins Innere des Hohlraumprofils 13 und in Längsrichtung desselben verlaufende Profilenden 17, die den Steg 12 zwischen sich seitlich lagern.

Das Hohlraumprofil 13 ist auf seiner äußeren Oberfläche und auch über seine in der Fig. 1 nicht dargestellten Längsenden hinweg mit einem elastischen Liner 18 vollständig im Bereich des Aktuatorhohlraumes 14 abgedichtet, wobei der Li­ ner 18 über die Profilenden 17 an den eingedellten Mantelabschnitten 16 hinaus weit in den Aktuatorhohlraum 14 hineinragt und diesen Abschnitt vollständig ver­ schließt. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, daß der Steg 12 zwischen den Profilenden 17 der eingedellten Metallabschnitte 16 hindurch in den Aktua­ torhohlraum 14 ragt und dort eine in Fig. 1 elliptische oder kreisrunde Verdickung 19 aufweist, die von außen in eine Lasche 20 des Liners 18 einfügbar ist. Das Hohlraumprofil 13 ist vorteilhafterweise aus Faserverbundwerkstoff aufge­ baut, kann jedoch auch aus superelastischem Nickeltitan oder aus gängigen elastischen Metallen bestehen.

Die Eindellung bzw. die Profilenden 17 ragen derart weit ins Zentrum des Hohl­ raumprofils 13, daß ein pneumatischer oder hydraulischer Innendruck P im Ak­ tuatorhohlraum 14 die Profilenden 17 der eingedellten Mantelabschnitte 16 ge­ geneinander und somit den Steg 12 einklemmend bewegt. Ebenfalls durch den Innendruck P wird die Verdickung 19 des Steges 12 gegen die in der Fig. 1 nach unten weisenden inneren Bereiche der Profilenden 17 gepreßt, so daß bei einer konstruktiven Abstützung des dem Steg 12 gegenüberliegenden Hohl­ raumabschnittes 21 eine radiale Bewegung des Steges 12 aus dem Zentrum heraus in Wirkrichtung gemäß Pfeil 11 gezielt bewirkt wird. D. h., durch den Innendruck P wird der Steg 12 zunächst nach außen bewegt, bis seine Ver­ dickung 19 an die Profilenden 17 anstößt und eine weitere Bewegung nur noch zusammen mit diesen zuläßt, während gleichzeitig der Steg 12 durch den immer höheren Anpreßdruck der Profilenden 17 seitlich und exakt in radialer Richtung 11 geführt wird. Durch den in diesen Berührungsbereichen eingequetschten Liner 18 ist darüber hinaus eine vollständige Dichtheit gewährleistet.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zylindrisch ausgebildeten erfin­ dungsgemäßen Aktuators 10. Gut zu erkennen ist der Steg 12, der zwischen den eingedellten Mantelabschnitten 16 und den Profilenden 17 angeordnet ist und sich entlang des zylindrischen Aktuators 10 erstreckt, also dessen wirk­ samen Aktuatorhohlraumes 14. Ferner ist der sich gegen eine Unterlage abstüt­ zende Hohlraumprofilabschnitt 21 zu erkennen. Da diese Fig. 2 lediglich die zylindrische Formgestaltung des erfindungsgemäßen Aktuators 10 verdeutlichen soll, wurde auf die Darstellung weiterer Einzelheiten in Fig. 2 verzichtet. Diese ergeben sich aus Fig. 1. Besonders deutlich in Fig. 2 ist jedoch zu erkennen, daß der erfindungsgemäße Aktuator 10 an sich aus einem zylindrischen Hohl­ raumprofil 13 aufgebaut ist, dessen Stirnflächen an sich offen sind, was jedoch wegen des hier nicht dargestellten Liners 18 den nötigen Innendruck gleichwohl bereitstellt. Da senkrecht zur Wirkrichtung entsprechend Pfeil 11 und in Längsrichtung des Aktuators 10 aufgrund der Symmetrie keine Verschiebung erfolgt, können die offenen Enden 17 des Hohlprofils 13 sowohl momentenfrei als auch verdrehungsfrei gelagert werden. Zur Erzielung großer Verformungen ist eine momentenfreie Lagerung vorzuziehen. Die Verbindung mit der Struktur, z. B. einem Tragflügel eines Flugzeuges, erfolgt über den in die Profilenden 17 eingreifenden plattenförmigen Steg 12.

Die Aktuatoren hat man sich mit durchaus relevanten Längen im Verhältnis zu den Hohlraumquerschnittsabmessungen vorzustellen, so beispielsweise Längen im Bereich um 30 m bei Durchmessern im Zentimeterbereich. Die konkrete Aus­ bildung der Längsenden ist von daher unkritisch und kann von den Umgebungs­ anforderungen abhängig gemacht werden.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen alternativ als Torus ausgebildeten erfin­ dungsgemäßen Aktuator 10. Wie in Fig. 2 ausgeführt, kann der zylindrische Ak­ tuator 10 kreisrund und in sich geschlossen ausgebildet sein und somit den in Fig. 3 gezeigten torusförmigen Aktuator 10 bilden. Gut zu erkennen ist das Hohlraumprofil 13 mit zum Betrachter weisenden höchsten Profilabschnitten 22 und den dazwischen verlaufenden eingedellten Mantelabschnitten 16, zwischen denen der nun kreisrunde und zylindrische Steg 12 verläuft. Der Steg 12 kann bei Druckbeaufschlagung in Richtung des Pfeils 11 zum Betrachter verstellt wer­ den. Hierdurch kann gegenüber dem zylindrischen Aktuator 10, mit dem eine Kraft längst einer Linie möglich ist, eine Kraft längs einer ringförmigen Linie er­ zeugt werden. Das hat u. a. den Vorteil, daß auch seitliche Kräfte auf den zylin­ drischen Steg 12 wirken können, ohne den Aktuator in seiner Funktionsweise negativ zu beeinflussen, was bei einem zylindrischen Aktuator entsprechend Fig. 2 allein durch die Preßwirkung der Profilenden 17 auf den Steg weitgehend ausgeschlossen wird. Der Einfachheit halber ist in Fig. 3 wie auch in allen übri­ gen Figuren darauf verzichtet worden, darzustellen, wie die Druckbeaufschla­ gung erfolgt. Im übrigen wird auf die Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A des torusförmigen Aktuators 10 gemäß Fig. 3. Der genau gleiche Schnitt wäre aber auch bei einem nicht torus­ förmigen Aktuator möglich. Obwohl auch in dieser Fig. 4 auf die meisten Ein­ zelheiten verzichtet wurde und insofern auf Fig. 1 verwiesen wird, ist der Steg 12 und dessen Verdickung 19 sowie das Hohlraumprofil 13 zu erkennen. Letz­ teres ist zweischalig ausgeprägt. D. h., es existiert eine äußere Schale 23 und eine innere Schale 24, die im Bereich des Stützabschnittes 21 direkt verbunden sind und deren Profilenden 17 ineinandergreifende weitere Schalenabschnitte 25 aufweisen, die ohne die Beweglichkeit in diesem Abschnitt zu beeinflussen den sicheren Zusammenhalt des zweischalig aufgebauten torusförmigen erfin­ dungsgemäßen Aktuators 10 sicherstellen. Im übrigen wird auf die Fig. 1 und ihre Beschreibung verwiesen.

Claims (12)

1. Aktuator zur Erzeugung hoher Stellkräfte und großer Stellwege, mit einem Übertragungselement zur Übertragung der Stellkräfte, das ein gezielt be­ einflußbarer Innendruck in einem mindestens indirekt druckfest verschlos­ senen Aktuatorhohlraum (14) betätigt, bei welchem ein rohrförmiges Hohl­ raumprofil (13) den wirksamen Aktuatorhohlraum (14) bildet, dessen Man­ telfläche in Wirkrichtung (11) der Stellkräfte und in Längsrichtung des Hohl­ raumprofils (13) linienförmig stark eingedellt ist und das Hohlraumprofil (13) in zwei spiegelsymmetrische Teilquerschnittsflächen (15) aufteilt und bei welchem die linienförmige Eindellung einen Steg (12) als Übertragungs­ element für die Stellkräfte aufnimmt.

2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Eindellung erzeugten spiegelsymmetrischen Teilquer­ schnittsflächen (15) eine annähernd kreisrunde oder elliptische Form auf­ weisen.

3. Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eingedellten Mantelabschnitte (16) der spiegelsymmetrischen Teil­ abschnitte des Hohlraumprofils (13) jeweils ins Innere des Hohlraumpro­ fils (13) und in dessen Längsrichtung verlaufende Profilenden (17) aufwei­ sen, die den Steg (12) zwischen sich seitlich lagern.

4. Aktuator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastischer Liner (18) vorgesehen ist, der als Dichtungsschicht den Aktuatorhohlraum direkt oder indirekt verschließt.

5. Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlraumprofil (13) auf seiner äußeren Oberfläche den elastischen Liner (18) aufweist, der über die Profilenden (17) an den eingedellten Man­ telabschnitten (16) hinaus weit in den Aktuatorhohlraum (14) hineinragt und diesen auch in diesem Bereich vollständig verschließt.

6. Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlraumprofil (13) in seinem Inneren den elastischen Liner (18) als sich gegen die Mantelfläche abstützende Dichtungsschicht aufweist.

7. Aktuator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlraumprofil (13) aus Faserverbundwerkstoff und/oder superelas­ tischem Nickeltitan und/oder elastischem geeigneten Metall besteht.

8. Aktuator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (12) zwischen den Profilenden (17) der eingedellten Mantelab­ schnitte (16) hindurch in den Aktuatorhohlraum (14) ragt und dort eine Ver­ dickung (19) aufweist.

9. Aktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindellung derart weit ins Zentrum des Hohlraumprofils (13) ragt, daß ein pneumatischer oder hydraulischer Innendruck die Profilenden (17) der eingedellten Mantelabschnitte (16) gegeneinander, den Steg (12) ein­ klemmend bewegt und diesen gleichzeitig mit seiner Verdickung (19) gegen die inneren Bereiche der Profilenden (17) preßt und somit bei Abstützung des dem Steg (12) gegenüberliegenden Hohlraumprofilabschnittes (21) eine radiale Bewegung des Steges (12) aus dem Zentrum heraus bewirkt.

10. Aktuator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (12) als rechteckförmige Platte ausgestaltet ist und sich mit ei­ ner seiner längsten Kanten über die volle Länge des Hohlraumprofils (13) in dessen Eindellung erstreckt.

11. Aktuator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlraumprofil (13) in Längsrichtung zu einem Kreis oder Torus ge­ schlossen ist und der Steg (12) einen zylinderförmigen Ring bildet, der in axi­ aler Richtung der Hauptachse des Torus bewegbar ist.

12. Aktuator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlraumprofil (13) des Aktuators (10) aus miteinander verbun­ denen inneren und äußeren Schalen (24, 23) aufgebaut ist und die Profil­ enden (17) ineinandergreifende Schalenabschnitte (25) aufweisen.