DE19951603A1 - Aktuatorvorrichtung zur Erzeugung einer Kraft und/oder einer Bewegung - Google Patents

Abstract

Eine Aktuatorvorrichtung (10) zur Erzeugung einer Kraft und/oder einer Bewegung umfaßt einen fluiddichten, flexiblen Schlauch (12). Dieser besteht aus einer Matrix aus einem elastomeren Material sowie aus einer Armierung. DOLLAR A Diese umfaßt mindestens eine Lage mit mindestens zwei Scharen in einem Winkel zur Schlauchlängsachse und in einem Winkel zueinander angeordneter Fasern. Die Enden des Schlauches (12) sind mit Endstücken (14, 16) fluiddicht verbunden. Eine Verbindungseinrichtung (20) verbindet den von dem Schlauch (12) und den Endstücken (14, 16) begrenzten Arbeitsraum (21) mit einer Fluidversorgung. Zur Bildung einer besser handhabbaren Einheit wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Aktuatorvorrichtung (10) mindestens ein biegesteifes Rohrelement (18) umfaßt, welches koaxial zum Schlauch (12) angeordnet, mit einem Endstück (14) fest verbunden ist und welches dem anderen Endstück (16) mindestens mittelbar als axiale Führung dient.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktuatorvorrich­ tung zur Erzeugung einer Kraft und/oder einer Bewegung mit

• a) einem fluiddichten flexiblen Schlauch, welcher um­ faßt:
  • a) eine Matrix aus einem elastomeren Material;
  • b) eine Armierung aus mindestens einer Lage, die eine Schar paralleler, in einem Winkel zur Schlauchlängsrichtung angeordneter, im wesent­ lichen nicht dehnbarer Fasern und eine weitere Schar paralleler, in einem Winkel zur Schlauch­ längsachse und zur ersten Faserschar angeordneter, im wesentlichen nicht dehnbarer Fasern umfaßt;
• b) zwei mit dem jeweiligen Schlauchende fluiddicht verbundenen Endstücken; und
• c) einer Verbindungseinrichtung, welche den von dem Schlauch und von den Endstücken begrenzten Arbeitsraum mit einer Fluidversorgung verbindet.

Eine solche Aktuatorvorrichtung ist aus der DE-U-299 08 088 bekannt. Ihr Grundelement ist ein Schlauch, welcher eine elastomere Matrix und die besagte Armierung aufweist. Wird der vom Schlauch und den Endstücken begrenzte Arbeitsraum unter Druck gesetzt, weitet sich der Kontraktionsschlauch in Umfangsrichtung auf und verkürzt sich gleichzeitig in seiner Längsrichtung. Ohne Last sind Hübe von ca. 25% der Ausgangslänge erzielbar.

Die bekannte Aktuatorvorrichtung wird im Einsatz mit ihren Endstücken an den beiden Teilen befestigt, die zueinander eine Relativbewegung ausführen sollen und/oder auf die eine Kraft ausgeübt werden soll. Im drucklosen Zustand ist die bekannte Aktuatorvorrichtung biegeschlaff. Sie kann daher nur dort eingesetzt werden, wo sie von den Teilen, an denen sie befestigt ist, unter eine Zug-Vor­ spannung gesetzt werden kann.

Dies ist jedoch in einigen Fällen nicht möglich, was das Einsatzgebiet der bekannten Aktuatorvorrichtung einschränkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Aktuatorvorrichtung der eingangs genannten Art so weiter­ zubilden, daß sie nicht vorgespannt zu werden braucht und somit unter beliebigen Einsatzbedingungen verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Aktuatorvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, welche

• a) mindestens ein biegesteifes Rohrelement umfaßt, welches
  • a) in Längsrichtung des Schlauches angeordnet ist;
  • b) mit einem Endstück fest verbunden ist; und
  • c) dem anderen Endstück mindestens mittelbar als axiale Führung dient.

Bei der erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung wird also keine Zug-Vorspannung für den drucklosen Zustand mehr benötigt. Statt dessen ist ein der Aktuatorvorrichtung auch in deren drucklosem Zustand formgebendes Teil, nämlich ein biegesteifes Rohrelement, vorgesehen. Dieses erstreckt sich in Längsrichtung der Aktuatorvorrichtung und legt die radiale Relativposition der beiden Endstücke unabhängig von deren axialer Relativposition fest. Hierdurch er­ schließen sich für die Aktuatorvorrichtung vollkommen neue Anwendungsgebiete; sie ist im Grunde mechanisch gleich zu handhaben wie ein herkömmlicher pneumatischer Zylinder. Die erfindungsgemäße Maßnahme ist darüber hinaus relativ preiswert und technisch unaufwendig.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 2 ist ein Rohrele­ ment koaxial um den Schlauch herum angeordnet. Dies hat zum einen den Vorteil, daß der Schlauch gegen Be­ schädigungen von außen geschützt ist, andererseits aber auch der außerhalb der Aktuatorvorrichtung liegende Bereich z. B. bei einem Bersten des unter Druck stehenden Schlauches geschützt ist.

Dabei ist die Weiterbildung nach Anspruch 3 besonders vorteilhaft, wonach die Aktuatorvorrichtung eine um das Rohrelement anordenbare Adaptermanschette und/oder ein am Rohrelement montiertes Befestigungsteil umfaßt. Die Adaptermanschette ermöglicht z. B. die radiale Fest­ legung der Aktuatorvorrichtung in zylindrischen Hohl­ räumen unterschiedlicher Abmessungen. Das Befestigungs­ teil kann z. B. in einer Befestigungslasche bestehen, mit der eine einfache Anbindung der Aktuatorvorrichtung an andere Elemente ermöglicht wird.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist in Anspruch 4 angegeben: Danach arbeiten Rohrelement, Schlauch und Endstücke fluiddicht zusammen und der zwischen ihnen liegende Raum ist mit einer Fluidversorgung verbindbar. Somit kann auch dieser Raum druckbeaufschlagt werden, so daß man ein "Zwei-Kammern-Drucksystem" erhält. In diesem Fall bewirkt nicht die Elastizität des Schlauchmaterials allein die Rückstellung vom druckbeaufschlagten verkürzten Zustand in den drucklosen Ausgangszustand, sondern die Rückstellung kann aktiv durch die Steuerung des Drucks in der äußeren Druckkammer unterstützt werden.

Die Weiterbildung nach Anspruch 5 ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen Rohrelement und Schlauch oder zwischen Rohrelement und einem Endstück eine fluiddichte Kammer ausgebildet ist, die über zwei gegensinnig ange­ ordnete Rückschlagventile mit zwei Fluidleitungen verbunden ist. Hierdurch wird eine Schlauchpumpe für Gase und Flüssigkeiten, thixotrope Gemische, etc. geschaffen.

Alternativ oder zusätzlich kann gemäß Anspruch 6 ein Rohrelement koaxial innerhalb des Schlauches angeordnet sein und dabei das andere Endstück fluiddicht führen. Im Gegensatz zu der in Anspruch 2 angegebenen Weiterbildung ist hier die fluiddichte Führung unabdingbar, da ansonsten keine gesteuerte Druckbeaufschlagung des Innenraumes des Schlauches möglich wäre.

Diese Weiterbildung hat den Vorteil einer geringen radialen Dimension. Darüber hinaus wird die von der Aktuatorvor­ richtung erzeugbare Kraft durch die Reduktion oder ggf. sogar den Wegfall der der Expansion des Schlauches ent­ gegenwirkenden Innenflächen der Endstücke erhöht. Schließ­ lich kann das Rohrelement auch als Durchführung für Leitungen und Führungselemente verwendet werden.

Diese Aktuatorvorrichtung wird in Anspruch 7 dahingehend weitergebildet, daß innerhalb des Rohrelements eine Betriebseinheit, insbesondere ein Druckspeicher, ange­ ordnet ist. Hierdurch wird eine besonders kompakte und ggf. weitgehend autarke Aktuatorvorrichtung geschaffen.

Gemäß Anspruch 8 ist das Rohrelement einteilig. Eine solche Aktuatorvorrichtung ist nach außen hin besonders stabil und robust.

Alternativ hierzu ist die in Anspruch 9 angegebene Aktua­ torvorrichtung vorgesehen: Danach ist das Rohrelement mehrteilig, wobei ein Rohrteil mit dem einen und ein anderes Rohrteil mit dem anderen Endstück verbunden ist und die Rohrteile in der Art eines Teleskoprohres zusammenarbeiten. In diesem Fall wird ebenfalls eine stabile Einheit ge­ schaffen, deren Gesamtlänge jedoch, abhängig von der Länge des Schlauches, variabel ist.

Besonders bevorzugt ist die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 10, wonach die Aktuatorvorrichtung ein mit einem Endstück verbindbares Antriebselement umfaßt, welches ein Befestigungsmittel, z. B. eine Öse, ein Gewinde oder einen Haken aufweist. Auf diese Weise ist die Aktua­ torvorrichtung in üblicher Weise an ein anzutreibendes Teil koppelbar.

In manchen Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, wenn durch die Aktuatorvorrichtung nur eine Zugkraft, nicht jedoch eine Druckkraft ausgeübt werden kann. Hier bietet sich die Weiterbildung gemäß Anspruch 11 an: Bei ihr ist das Antriebselement biegeschlaff und umfaßt insbesondere ein Seil oder eine Kette.

Die Genauigkeit des Bewegungswegs der erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung wird dadurch erhöht, daß sie eine Hubbegrenzungseinrichtung umfaßt, wie in Anspruch 12 angegeben ist.

Eine solche Hubbegrenzungseinrichtung ist auf äußerst einfache und preiswerte Art und Weise mit dem gemäß Anspruch 2 koaxial um den Schlauch herum angeordneten Rohrelement realisierbar. Dabei wird der Durchmesser des Rohrelements so gewählt, daß der Schlauch bei dem gewünschten maximalen Hub an der inneren Mantelfläche des Rohrelements anliegt. Dies ist in Anspruch 13 angegeben.

Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 14 umfaßt im Inneren des Schlauches ein Granulat oder ein sonstiges Schüttgut und eine Siebeinrichtung, welche ein Eindringen des Granulats oder des Schüttguts in die Verbindungsein­ richtung beim Ablassen des Fluids verhindert. Auf diese Weise wird das zum Betrieb des Schlauches notwendige Fluidvolumen reduziert, und bei der Verwendung von kom­ pressiblen Fluiden wird ein schnelleres Ansprechen der Aktuatorvorrichtung und eine Verringerung der zu leistenden Fluidpendelarbeit ermöglicht.

In die gleiche Richtung zielt die in Anspruch 15 angegebene Weiterbildung der vorliegenden Erfindung: Bei ihr ist im Inneren des Schlauches mindestens ein länglicher Körper vorgesehen, welcher ein Volumen fluiddicht begrenzt.

Aufgrund der Form und der großen Betriebssicherheit der Aktuatorvorrichtung ist sie besonders für den Einsatz in Werkzeugen geeignet, welche mindestens einen beweg­ lichen Arbeitsabschnitt und einen Halteabschnitt aufweisen. Wie in Anspruch 16 angegeben ist, kann in einem solchen Werkzeug in dem Halteabschnitt mindestens eine Aktuatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet sein, welche den Arbeitsabschnitt antreibt.

Ein Beispiel für ein solches Werkzeug ist in Anspruch 17 angegeben, wonach der Arbeitsabschnitt mindestens zwei in der Art einer Schere miteinander verbundene Schneidab­ schnitte umfaßt. Bei einem solchen Werkzeug könnte es sich also z. B. um eine Astschere oder um eine Baumschere handeln.

Ein anderes Beispiel für ein solches Werkzeug ist in Anspruch 18 angegeben, bei dem der Arbeitsabschnitt als Spaten ausgebildet ist und die Aktuatorvorrichtung über ein periodisch betätigtes Ventil mit der Fluidversorgung verbunden ist. Auf den Spaten kann auf diese Art und Weise eine Vibrationsbewegung aufgebracht werden, welche das Graben erleichtert.

Da solche Werkzeuge vor allem auch im Gartenbereich eingesetzt werden, ist gemäß Anspruch 19 vorgesehen, daß das Arbeitsfluid Wasser ist und die Fluidversorgung über einen handelsüblichen Gartenschlauch erfolgt.

Vor allem schwerere Werkzeuge müssen bisweilen mit beiden Händen vom Benutzer gehalten werden und dabei muß oft noch eine Kraft mit den Händen auf das Werkzeug ausgeübt werden. In diesen Fällen wäre es schwierig, die Akuator­ vorrichtung von Hand in Gang zu setzen. Hier ist die Weiterbildung gemäß Anspruch 20 vorteilhaft, wonach die Aktuatorvorrichtung über ein fußbetätigtes Schaltventil mit der Fluidversorgung verbindbar ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungs­ beispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1: einen Teil-Längsschnitt durch ein erstes Aus­ führungsbeispiel einer Aktuatorvorrichtung mit einem drucklosen Schlauch;

Fig. 2: einen Schnitt ähnlich Fig. 1, in dem der Schlauch druckbeaufschlagt ist;

Fig. 3: einen Teil-Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Aktuatorvorrichtung mit einem drucklosen Schlauch;

Fig. 4: einen Schnitt ähnlich Fig. 3, in dem der Schlauch druckbeaufschlagt ist;

Fig. 5: einen Teil-Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Aktuatorvorrichtung mit einem drucklosen Schlauch;

Fig. 6: einen Teil-Längsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel einer Aktuatorvorrichtung mit einem druckbeaufschlagten Schlauch;

Fig. 7: einen Teil-Längsschnitt ähnlich Fig. 6 durch ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Aktuator­ vorrichtung;

Fig. 8: einen Teil-Längsschnitt durch eine Prinzipskizze einer Anwendung einer Aktuatorvorrichtung; und

Fig. 9: einen Teil-Längsschnitt ähnlich Fig. 8 durch eine weitere Anwendung einer Aktuatorvorrichtung.

In Fig. 1 trägt eine Aktuatorvorrichtung insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfaßt einen Schlauch 12, welcher an seinen beiden Enden fluiddicht mit Endstücken 14 und 16 verbunden ist. Koaxial um den Schlauch 12 herum ist ein Rohrelement 18 angeordnet. Eine als pneumatische Leitung ausgebildete Verbindungseinrichtung 20 verbindet einen von dem Schlauch 12 und den Endstücken 14 und 16 begrenzten Arbeitsraum 21 über eine Stufenbohrung 22 im einen Endstück 14 sowie ein Zwei-Wege-Ventil 70 mit einer in dieser Figur nicht dargestellten Druckluftversorgung.

Bei dem Schlauch 12 handelt es sich um einen handels­ üblichen luftdichten und flexiblen Kontraktionsschlauch, welcher eine in der Zeichnung nicht gezeigte Matrix aus einem elastomeren Material umfaßt. In der Matrix ist eine in der Figur ebenfalls nicht näher dargestellte Armierung angeordnet. Diese umfaßt wiederum eine Schar paralleler, in einem Winkel zur Schlauchlängsrichtung angeordneter, im wesentlichen nicht dehnbarer Fasern und eine weitere Schar ähnlicher paralleler Fasern, welche jedoch in einem Winkel zu der ersten Faserschar angeordnet sind. Auf diese Weise wird ein von der Seite gesehen rautenförmiges Fasermuster geschaffen.

Bei den Endstücken 14 und 16 kann es sich um metallische Drehteile oder um Kunststoffteile handeln. Das in Fig. 1 linke Endstück 14 ist ein kreiszylindrisches Teil, in welches die axiale Stufenbohrung 22 mit einem Abschnitt 24 größeren Durchmessers und einem diesen koaxial fort­ setzenden, einen Druckluftkanal bildenden Abschnitt 26 kleineren Durchmessers mittig eingebracht ist. In den Abschnitt 24 der Stufenbohrung 22 ist ein Ende des Schlau­ ches 12 eingeführt und mit dem Endstück 14 luftdicht verbunden. Seiner linken Stirnfläche unmittelbar benachbart trägt das Endstück 14 einen umlaufenden radial überstehen­ den Ringbund 29.

Das in der Figur auf der rechten Seite dargestellte Endstück 16 ist ähnlich aufgebaut wie das Endstück 14. Im Unterschied zu diesem ist es jedoch zweiteilig mit einem kreiszylindrischen Zentralkörper 30 und einem auf dessen Mantelfläche aufgeschrumpften Gleitring 32.

Ferner fehlt im Endstück 16 die im Endstück 14 vorhandene Stufenbohrung 22. Statt dessen ist in ihm von seiner in Fig. 1 linken Stirnfläche her eine in der Figur nicht sichtbare kreisförmige Ausnehmung vorhanden, deren Durch­ messer dem Durchmesser des Abschnitts 24 der Stufenbohrung 22 im linken Endstück 14 bzw. dem Durchmesser des Schlau­ ches 12 in drucklosem Zustand entspricht. In diese Aus­ nehmung ist das rechte Ende des Schlauches 12 eingeführt und luftdicht mit dem Endstück 16 verbunden.

In den Zentralkörper 30 des Endstücks 16 ist von seiner rechten Stirnfläche her eine in der Figur ebenfalls nicht dargestellte Gewindebohrung eingebracht, in die ein stangenförmiges Antriebselement 40 eingeschraubt ist. Dieses trägt an seinem dem Endstück 16 abgelegenen Ende ein Außengewinde 42 und weist eine Öse 44 auf. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ende des An­ triebselements hakenförmig ausgebildet. Ebenfalls nicht dargestellt ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem statt des stangenförmigen Antriebselements ein biegeschlaffes Seil vorgesehen ist.

Das Rohrelement 18 ist folgendermaßen aufgebaut:

Es umfaßt ein kreiszylindrisches Hauptteil 46 und einen von diesem separaten Kopf 48. Das Hauptteil 46 besteht aus einem Mantel 50 und einem an dessen in Fig. 1 rechtes Ende angeformten Boden 52. In dem Boden 52 ist eine Öffnung 54 vorhanden, durch die das Antriebselement 40 geführt ist und hindurchtritt. An seinem offenen Ende, welches in Fig. 1 links ist, trägt der Mantel 50 ein Außengewinde 56. Etwa in seiner axialen Mitte ist in den Mantel 50 eine Entlüftungsöffnung 57 eingebracht.

Der Kopf 48 umfaßt ebenfalls einen Mantel 58 und einen an diesen angeformten Deckel 60. An die Innenfläche des Mantel 58 ist, etwas vom offenen Rand des Kopfs 48 beab­ standet, ein radial nach innen verlaufender Ringbund 62 angeformt. Ferner weist der Mantel 58 eine Öffnung 64 auf. Schließlich ist an die äußere Mantelfläche des Mantels 58 ein Lagerabschnitt 66 angeformt, an welchem ein Betä­ tigungshebel 68 angelenkt ist.

Zwischen Ringbund 62 und Deckel 60 des Kopfs 48 ist ein Zwischenraum gebildet, in dem das in der Figur nur sche­ matisch dargestellte manuell betätigbare Zwei-Wege-Ventil 70 angeordnet ist. Ein Betätigungsstößel 72 ragt vom Zwei- Wege-Ventil 70 durch die Öffnung 64 im Mantel 58 nach außen und liegt am Betätigungshebel 68 an. Das Zwei- Wege-Ventil 70 ist ausgangsseitig über einen in der Figur nur schematisch dargestellten Abschnitt der pneumatischen Leitung 20 luftdicht mit dem Druckluftkanal 26 im Endstück 14 verbunden. Eingangsseitig ist das Zwei-Wege-Ventil 70 mit der Druckluftquelle bzw. der Außenatmosphäre verbunden. Das Zwei-Wege-Ventil ist so federbeaufschlagt, daß im Ruhezustand der Arbeitsraum 21 des Schlauches 20 mit der Außenatmosphäre verbunden ist.

Nun wird auf das in den Fig. 3 und 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel einer Aktuatorvorrichtung 10 Bezug genommen. Funktionsäquivalente Teile tragen die gleichen Bezugszeichen wie bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel. Auf sie wird nachfolgend nicht mehr im Detail eingegangen.

Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist hier das Antriebselement 40 nicht von außen sondern von innen in das Endstück 16 eingeschraubt. Es erstreckt sich also durch den Schlauch 12 hindurch und durchdringt das in der Fig. 3 linke Endstück 14 und den Kopf 48 des Rohrelements 18. Zu diesem Zweck ist im Endstück 14 eine Öffnung 74 vorgesehen, in die ein Dichtring 76 eingelegt ist, welcher den Durchtrittsspalt zwischen Antriebselement 40 und Endstück 14 abdichtet. Ferner ist auch im Deckel 60 des Kopfs 48 eine entsprechende Öffnung 78 vorhanden.

Am Kopf 48 fehlt im Gegensatz zu dem in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel ferner der Ringbund 62 und der zwischen Ringbund 62 und Deckel 60 gebildete Zwischenraum. Die Verbindung des durch den Schlauch 12 und die Endstücke 14 und 16 begrenzten Arbeitsraumes 21 mit der Druckluftversorgung erfolgt durch einen außer­ mittigen Druckluftkanal 26 im Endstück 14 und eine ent­ sprechende Öffnung 82 im Deckel 60 des Kopfs 48. Von dort führt eine pneumatische Leitung 20 zu einem entfernt angeordneten, fußbetätigten Zwei-Wege-Ventil 70, welches in den Fig. 3 und 4 nur schematisch angeordnet ist.

In den Boden 52 des Hauptteils 46 des Rohrelements 18 ist ferner eine Entlüftungsöffnung 84 eingebracht. An den Boden 52 ist schließlich noch eine Befestigungslasche 86 angeformt, mit der das Rohrelement 18 festgelegt werden kann.

In den Fig. 3 und 4 ist strichpunktiert eine alternative Ausführungsform der Aktuatorvorrichtung 10 angedeutet, bei der diese als Pumpe eingesetzt werden kann. An Stelle der Entlüftungsöffnung 84 im Boden 52 des Hauptteils 46 des Rohrelements 18 sind zwei gegensinnig arbeitende Rückschlagventile 110 und 112 vorgesehen. Das Rückschlag­ ventil 110 läßt eine Strömung von außen in die zwischen Endstück 16 und Boden 52 liegende Kammer zu, wohingegen das Rückschlagventil 112 eine Strömung aus dieser Kammer nach außen zuläßt. An die Rückschlagventile 110 und 112 ist eine Ansaugleitung 114 bzw. eine Auslaßleitung 116 angeschlossen.

Wird die Aktuatorvorrichtung 10 als Pumpe eingesetzt, kann ggf. auf das Antriebselement 40 und die entsprechenden Durchführungen 74 und 78 im Endstück 14 und im Deckel 60 des Kopfes 48 verzichtet werden.

Nun wird auf Fig. 5 Bezug genommen, in welcher ein drittes Ausführungsbeispiel einer Aktuatorvorrichtung 10 darge­ stellt ist. Auch hier sind funktionsäquivalente Teile zu den Fig. 1 bis 4 mit den gleichen Bezugszeichen gekenn­ zeichnet. Auf deren nochmalige nähere Darstellung wird nachfolgend der Einfachheit halber verzichtet.

Im Gegensatz zu den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist bei der in Fig. 5 dargestellten Aktuatorvorrichtung 10 das Rohrelement 18 nicht koaxial um den Schlauch 12 herum, sondern koaxial innerhalb des Schlauches 12 angeordnet. Ferner ist das Rohrelement 18 zweiteilig aufgebaut mit zwei unterschiedlichen Durch­ messer aufweisenden Rohrteilen 18a und 18b, die in der Art eines Teleskoprohres im wesentlichen luftdicht und gegeneinander verschieblich zusammenarbeiten.

In den beiden Endstücken 14 und 16 ist jeweils eine Stufen­ bohrung vorhanden, welche im linken Endstück 14 das Bezugszeichen 22 und im rechten Endstück 16 das Bezugs­ zeichen 88 trägt. Die Abschnitte der Stufenbohrungen 22 bzw. 88 mit größerem Durchmesser nehmen den Schlauch 12 und die Abschnitte mit kleinerem Durchmesser die Rohrteile 18a und 18b des Rohrelements 18 luftdicht auf.

Im linken Endstück 14 ist ein radialer Druckluftkanal 26 vorhanden, welcher über einen Stichkanal 96 in den durch Schlauch 12 und Verlängerungselement 94 bzw. Rohrelement 18 radial begrenzten Arbeitsraum 21 mündet. Der Druckluft­ kanal 26 ist luftdicht mit einer pneumatischen Leitung 20 verbunden, welche zu einem Zwei-Wege-Ventil 70 führt. Dieses ist einerseits mit der Außenumgebung und anderer­ seits über eine weitere pneumatische Leitung 20 mit einem Druckluftbehälter 98 verbunden, welcher in einem im Rohr­ element 18 vorhandenen Hohlraum 100 angeordnet ist.

Nun zum vierten Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 6 dargestellt ist. Auch hier tragen funktionsäquivalente Teile die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 5, ohne daß auf sie nochmals im Detail eingegangen wird.

Die in Fig. 6 dargestellte Aktuatorvorrichtung 10 umfaßt ähnlich wie die in Fig. 5 dargestellte ein Rohr­ element 18 mit zwei Rohrteilen 18a und 18b, welche zusammen ein luftdichtes Teleskoprohr bilden. Im Gegensatz zu Fig. 5 ist jedoch bei der vorliegenden Aktuatorvorrichtung 10 das Rohrelement 18 koaxial außen um den Schlauch 12 herum angeordnet. Dies bedeutet, daß im rechten Endstück 16 keine Stufenbohrung sondern eine einfache, das Endstück 14 axial nicht durchdringende Ausnehmung 101 vorhanden ist, in welcher der Schlauch 12 luftdicht aufgenommen ist.

Im linken Endstück 14 ist eine Stufenbohrung 22 mit einem weiteren und einem engeren Abschnitt vorhanden, wobei in dem weiteren Abschnitt das linke Ende des Schlau­ ches 12 luftdicht aufgenommen ist. Der engere Abschnitt dient als Druckluftkanal 26 zur Verbindung des durch den Schlauch 12 radial begrenzten Arbeitsraumes 21 über eine pneumatische Leitung 20 und eine Ventilanordnung 70 mit einer nicht dargestellten Druckluftversorgung.

Im linken Endstück 14 ist, im Gegensatz zu dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel, ein zusätzlicher außermittiger axialer Druckluftkanal 102 vorhanden, über den der durch den Schlauch 12 und das Rohrelement 18 radial und durch die Endstücke 14 und 16 axial luftdicht begrenzte Raum über eine pneumatische Leitung 103 ebenfalls mit der Ventileinheit 70 verbunden ist.

Zur Verminderung des für die Betätigung der Aktuator­ vorrichtung 10 notwendigen Druckluftvolumens und hierdurch zur Erzielung kürzerer Ansprechzeiten ist in den Schlauch 12 ein Granulat 106 eingefüllt, welches in Fig. 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur zum Teil dargestellt ist. Um zu verhindern, daß das Granulat 106 beim Entweichen des Arbeitslufts aus dem Arbeitsraum 21 in die pneumatische Leitung 20 gerät und diese verstopft, ist am Eingang des Druckluftkanals 26 in den Arbeitsraum 21 ein Sieb 108 ange­ bracht.

Das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht, bis auf einen Unterschied, der in Fig. 6 dargestellten Aktuatorvorrichtung 10: Statt eines Granulats ist jedoch ein länglicher, zylindrischer Hohlkörper 106 vorgesehen, der mit seinem offenen Ende fluiddicht innerhalb des Schlauches 12 in der Ausnehmung 101 im rechten Endstück 16 montiert ist. Das geschlossene Ende zeigt in Richtung auf das linke Endstück 14. Auch hierdurch werden die oben im Zusammenhang mit dem Granulat 106 genannten Vorteile erzielt.

Alternativ kann der Hohlkörper 106 auch an seinen beiden Enden verschlossen und lose im Schlauch 12 aufgenommen sein.

Nun wird noch die Funktionsweise der in den Fig. 1 bis 7 beschriebenen Aktuatorvorrichtungen 10 beschrie­ ben. Zunächst zum in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel:

In Fig. 1 befindet sich das Zwei-Wege-Ventil 70 in seiner Ruhestellung und verbindet den zwischen dem Schlauch 12 und den beiden Endstücken 14 und 16 liegenden Arbeitsraum 21 mit der Außenatmosphäre. Der von dem Schlauch 12 und dem Rohrelement 18 radial begrenzte Raum ist über die Entlüftungsöffnung 57 ebenfalls mit der Außenatmosphäre verbunden, so daß sich der Schlauch 12 in seiner ent­ spannten Ruheposition befindet.

Wird nun, wie in Fig. 2 dargestellt ist, der Betätigungs­ hebel 68 radial nach innen bewegt, wird hierdurch auch der Betätigungsstößel 72 des Zwei-Wege-Ventils 70 gegen die Federbeaufschlagung so bewegt, daß der Arbeitsraum 21 mit der Druckluftquelle verbunden wird. Hierdurch strömt durch den Druckluftkanal 26 Luft in den Arbeitsraum 21, wodurch sich der Schlauch 12 radial ausdehnt und axial kontrahiert. Da das linke Endstück 14 fest zwischen Hauptteil 46 und Kopf 46 des Rohrelements 18 verklemmt ist, bewegt sich das Endstück 16 axial auf das linke Endstück 14 zu, und mit ihm das Antriebselement 40 (siehe Pfeil 102).

Das um den Schlauch 12 herum angeordnete Rohrelement 18 kann dabei als Hubbegrenzungseinrichtung eingesetzt werden, indem sein Durchmesser so gewählt wird, daß die radiale Aufweitung des Schlauches 12 und somit auch dessen axiale Kontraktion entsprechend begrenzt werden.

Wird der Betätigungshebel 68 wieder losgelassen, geht das Zwei-Wege-Ventil 70 federbeaufschlagt wieder in seine Ruhe­ stellung und verbindet den Arbeitsraum 21 mit der Außenatmo­ sphäre. Aufgrund der Elastizität des Matrix-Materials des Schlauches 12 zieht sich dieser wieder radial zusammen und drückt hierdurch das rechte Endstück 16 wieder in seine dem Boden 52 des Hauptteils 46 des Rohrelements 18 benachbarte Stellung.

Die Funktion des in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiels der Aktuatorvorrichtung 10 ist ähnlich wie die des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführ­ ungsbeispieles. Der wesentliche Unterschied ist die andere Anordnung des Antriebselements 40, welche dazu führt, daß bei einer Kontraktion des Schlauches 12 sich das mit dem Gewinde 42 versehene äußere Ende des Antriebselements 40 axial nach außen bewegt (Pfeil 102), also einen positiven Hub ausführt, wohingegen bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel bei einer Kontraktion des Schlauches 12 das Antriebselement 40 einen negativen Hub ausführt.

Sind anstelle der Entlüftungsöffnung 84 die in den Fig. 3 und 4 nur strichpunktiert angedeuteten gegensinnig arbeitenden Rückschlagventile 110 und 112 vorhanden, kann die Aktuatorvorrichtung 10 als Pumpe für beinahe beliebige Fluide verwendet werden. Bei einem Kontraktionshub ist das Rückschlagventil 112 geschlossen und das Rückschlag­ ventil 110 geöffnet, so daß das zu pumpende Fluid aus der Ansaugleitung 114 in die zwischen dem Endstück 16 und dem Boden 52 liegende Kammer gesaugt wird. Bei einem Expan­ sionshub schließt das Rückschlagventil 110 und öffnet das Rückschlagventil 112, so daß das Fluid aus der besagten Kammer in die Auslaßleitung 116 ausgestoßen wird.

Bei den beiden in den Fig. 5 und 6 dargestellten Aktuatorvorrichtungen 10 kommt es bei einer Kontraktion des Schlauches 12 zu einer Relativbewegung des Rohrteils 18a gegenüber dem Rohrteil 18b, wodurch sich die Gesamt­ länge der Aktuatorvorrichtung 10 ändert.

Bei den in den Fig. 6 und 7 dargestellten Aktuatorvor­ richtungen 10 kann darüber hinaus über den zusätzlichen Druckluftkanal 102 auch der durch den Schlauch 12 und das Rohrelement 18 radial begrenzte Raum druckbeaufschlagt werden. Hierdurch kann die radiale Entspannung des Schlau­ ches 12 und somit dessen axiale Ausdehnung in die Ruhe­ stellung aktiv unterstützt werden.

Die Fig. 8 und 9 zeigen zwei Anwendungsbeispiele einer Aktuatorvorrichtung 10. Zum Einsatz kann grundsätz­ lich jede der oben genannten Aktuatorvorrichtungen kommen. Auf deren Bestandteile wird hier nicht mehr im einzelnen Bezug genommen, sie tragen die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 7.

Der in Fig. 8 dargestellte Drehantrieb umfaßt als Antriebs­ element ein Seil 40, welches über eine Rolle 118 gespannt und an einer stationären Zugfeder 120 befestigt ist (in einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Seil auf der Rolle aufwickelbar und die Rolle selbst federbe­ aufschlagt). Auf der Rolle 118 sitzt ein Ritzel 122, welches mit einem Zahnrad 124 mit deutlich kleinerem Durchmesser kämmt. Auf diese Weise ist es möglich, die Hubbewegung der Aktuatorvorrichtung 10 in eine Drehbewegung zu transformieren mit Drehwinkeln deutlich größer als 360 Grad. Auch eine Kraftverstärkung oder eine Erhöhung des Hubs ist mit diesem Grundprinzip realisierbar.

In Fig. 9 besteht das Antriebselement aus einer Schub/­ Zugstange 40, deren Ende mit einem Stellhebel 126 einer Stelleinrichtung 128 gelenkig verbunden ist. Hierdurch kann die Aktuatorvorrichtung 10 als Stellantrieb verwen­ det werden.

Claims (20)

1. Aktuatorvorrichtung zur Erzeugung einer Kraft und/ oder einer Bewegung, mit

• a) einem fluiddichten, flexiblen Schlauch, welcher umfaßt:
  • a) eine Matrix aus einem elastomeren Material;
  • b) eine Armierung aus mindestens einer Lage, die eine Schar paralleler, in einem Winkel zur Schlauchlängsrichtung angeordneter, im wesent­ lichen nicht dehnbarer Fasern und eine weitere Schar paralleler, in einem Winkel zur Schlauch­ längsachse und zur ersten Faserschar angeordneter, im wesentlichen nicht dehnbarer Fasern umfaßt;
• b) zwei mit dem jeweiligen Schlauchende fluiddicht verbundenen Endstücken; und
• c) einer Verbindungseinrichtung, welche den von dem Schlauch und den Endstücken begrenzten Arbeitsraum mit einer Fluidversorgung verbindet;

dadurch gekennzeichnet, daß

• a) sie mindestens ein biegesteifes Rohrelement (18) umfaßt, welches
  • a) in Längsrichtung des Schlauches (12) angeordnet ist;
  • b) mit einem Endstück (14) fest verbunden ist; und
  • c) dem anderen Endstück (16) mindestens mittelbar als axiale Führung dient.

2. Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ kennzeichnet, daß ein Rohrelement (18) koaxial um den Schlauch (12) herum angeordnet ist.

3. Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie eine um das Rohrelement anorden­ bare Adaptermanschette und/oder ein am Rohrelement mon­ tiertes Befestigungsteil (86) umfaßt.

4. Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekenzeichnet, daß Rohrelement (18), Schlauch (12) und Endstücke (14, 16) fluiddicht zusammenarbeiten und der zwischen ihnen liegende Raum mit einer Fluid­ versorgung verbindbar ist.

5. Aktuatorvorrichtung nach einem der vorhergehender An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rohr­ element und Schlauch oder zwischen Rohrelement (18) und einem Endstück (16) eine fluiddichte Kammer ausgebildet ist, die über zwei gegensinnig angeordnete Rückschlag­ ventile (110, 112) mit zwei Fluidleitungen (114, 116) verbunden ist.

6. Aktuatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohrelement (18) koaxial innerhalb des Schlauches (12) angeordnet ist und das andere Endstück (16) fluiddicht führt.

7. Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Rohrelements (18) eine Betriebseinheit, insbesondere ein Druckspeicher (98), angeordnet ist.

8. Aktuatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrelement (18) einteilig ist.

9. Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrelement (18) mehrteilig ist, wobei ein Rohrteil (18a) mit dem einen Endstück (14) und ein Rohrteil (18b) mit dem anderen Endstück (16) verbunden ist und die Rohrteile (18a, 18b) in der Art eines Teleskoprohres zusammenarbeiten.

10. Aktuatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein mit einem Endstück (16) verbindbares Antriebselement (40) umfaßt, welches ein Befestigungsmittel, z. B. eine Öse (44), ein Gewinde (42) oder einen Haken aufweist.

11. Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Antriebselement biegeschlaff ist, insbesondere ein Seil oder eine Kette umfaßt.

12. Aktuatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Hub­ begrenzungseinrichtung (18) umfaßt.

13. Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 12 in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Rohrelements (18) so gewählt ist, daß der Schlauch (12) bei dem gewünschten maximalen Hub an der inneren Mantelfläche des Rohrelements (18) anliegt.

14. Aktuatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Inneren des Schlauches (12) ein Granulat (106) oder ein sonstiges Schüttgut und eine Siebeinrichtung (108) aufweist, welche ein Eindringen des Granulats (106) oder des Schüttguts in die Verbindungseinrichtung (20) beim Ablassen des Fluids verhindert.

15. Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Schlau­ ches (12) mindestens ein länglicher Körper (106) vorgesehen ist, welcher ein Volumen fluiddicht begrenzt.

16. Werkzeug mit mindestens einem beweglichen Arbeitsab­ schnitt und einem Halteabschnitt, dadurch gekennzeich­ net, daß in dem Halteabschnitt mindestens eine Aktuator­ vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist, welche den Arbeitsabschnitt antreibt.

17. Werkzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsabschnitt mindestens zwei nach Art einer Schere zueinander bewegliche Schneidabschnitte umfaßt.

18. Werkzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsabschnitt als Spaten ausgebildet ist und die Aktuatorvorrichtung über ein periodisch betätigtes Ventil mit der Fluidversorgung verbunden ist.

19. Werkzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsfluid Wasser ist und die Fluidversorgung über einen handelsüblichen Garten­ schlauch erfolgt.

20. Werkzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatorvorrichtung über ein fußbetätigtes Schaltventil mit der Fluidversorgung ver­ bindbar ist.