DE2219996C3

DE2219996C3 - Betätigungsvorrichtung mit einem elastischen, durch Druckluftbeaufschlagung ausdehnbaren, Kegelstumpfform aufweisenden faltenbalgartigen Mantel

Info

Publication number: DE2219996C3
Application number: DE19722219996
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Ing. 7300 Esslingen Stoll
Original assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Current assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Priority date: 1972-04-24
Filing date: 1972-04-24
Publication date: 1980-09-04
Also published as: DE2219996B2; DE2219996A1

Description

V)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Das Hauptpatent 21 09 564 betrifft eine Betätigungs- Vi vorrichtung der hier in Frage stehenden Art, die einen verhältnismäßig großen Hub bei kleiner Bauhöhe aufweist und für die Verwendung als Arbeitszylinder gut geeignet ist.

Für gewisse Anwendungsgebiete reicht jedoch trotz wi des kegelstumpfförmigen, faltenbalgartigen Mantels der mit dieser Betätigungsvorrichtung erzielbare Hub nicht aus.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in Weiterverfolgung der dem Hauptpatent zugrunde M liegenden Gedanken eine Anordnung der hier in Frage stehenden Art zu schaffen, mit deren Hilfe man bei gleicher Bauhöhe einen noch größeren Hub als bisher

erreichen kann.

Die obige Aufgabe wird mit Hilfe der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgezählten Merkmale gelöst.

Da die Faltengröße zu dem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Ende des Kegelstumpfes hin abnimmt und infolgedessen das Material der Falten sich beim Zusammendrücken des Balgs gegenseitig nicht stört, kann der faltenbalgartige Mantel stärker zusammengedrückt werden, so daß sich bei gleicher Bauhöhe ein größerer Hub ergibt

Bei Anwendung der im Anspruch 3 empfohlenen Maßnahmen ergeben sich in den Falten etwa gleiche Spannungen, so daß vorzeitige Ermüdungserscheinungen und Brüche vermieden werden.

Wenn man die Betätigungsvorrichtung gemäß Anspruch 4 ausbildet oder vorzugsweise mit den Merkmalen des Anspruchs 5 ausstattet oder in der Alternative wie in Anspruch 6 vorgeschlagen gestaltet, wird erreicht, daß die als Rückstelleiement dienenden Ringe sich jeweils nur an einem Teil der zugehörigen Falte anlegen, wobei das Material der Falten sich bei der Ausbildung der Ringe gemäß Anspruch 5 an die verjüngte Partie des Ringes anlegt so daß der Faltenbalg in zusammengedrücktem Zustand noch weiter zusammensackt und der Hub des Faltenbalgs noch größer-vird.

Die erfindungsgemäße Anordnung bringt also den Vorteil mit sich, daß mit ihr nicht nur eine Betätigungsvorrichtung geschaffen wird, die bei einfachstem Aufbau ein Arbeiten mit möglichst geringen Verlusten an Energie und Arbeitsaufwand ermöglicht, sondern darüber hinaus noch einerseits bei relativ kleiner Bauhöhe ein großer Hub erreicht wird und andererseits bei konstanter Druckluftbelastung in allen Falten etwa dieselbe Spannung erreicht und ein vorzeitiges Ermüden und ein Bruch bei Dauerbelastung verhindert wird.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung und

F i g. 2 eine Einzelheit einer abgewandelten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung in einer Seitenansicht im Schnitt.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 des Erfindungsgegenstandes handelt es sich um eine als Arbeitszylinder verwendbare Betätigungsvorrichtung, die einen faltenbalgartigen Mantel 1 besitzt, der um die Längsachse 2 des Arbeitszylinders herumläuft und unter der Wirkung des Druckmediums streckbar ist. Dieser Mantel kann sich aus der Ausgangsstellung heraus, in der er Falten 3, 4,5 bildet und die einer geringeren axialen Erstreckung 6 zugeordnet ist, in axialer Richtung gemäß Pfeil 7 bis zur Strecklage hin ausdehnen, in der die Falten mehr oder weniger verschwunden sind und die einer größeren axialen Erstreckung entspricht. An seinen beiden axialen Stirnenden ist der Mantel durch starre Abschlußplatten 8, 9 aus Metall oder Kunststoff abgeschlossen, wobei an der Platte 8, die festgelegt ist, die Druckluft durch Bohrungen 10 hindurch zuführbar ist. Die Abschlußplatte 9 dient zum Ausführen der Betätigungsbewegung gemäß Pfeil 11.

Der durch den Faltenbalg gebildete Mantel hat die Costalt eines Kegelstumpfes, wobei bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Kegelstumpf die größere Grundfläche an der Seite hat, die der Einführung des Druckmediums dient. Die Anord-

nung kann jedoch auch umgekehrt getroffen sein. Weiterhin ist vorgesehen, daß die Größe der einzelnen Falten 3, 4, 5 — also in weiterer Folge die Tiefe der Falten — von dem Ende des Faltenbalgs mit größerem Durchmesser — dem der Abschlußplatte 8 zugeordneten Ende — zum anderen Ende hin allmählich und kontinuierlich abnimmt Hierbei ist zweckmäßigerweise die Abstufung der Faltengröße so gewählt, daß die Spannung in den Falten gemäß der Gleichung

α (Spannung) =

M (Moment)

W (Widerstandsmoment)

konstant bleibt Die Falten sind hierbei etwa kreisförmig ausgebildet wobei der Durchmesser der Falten von dem Ende des Faltenbalgs mit größerem Durchmesser zu dem anderen Ende hin allmählich abnimmt Diese Anordnung bringt den Vorteil mit sich, daß nunmehr die Spannung in allen Falten etwa gleich bleibt und daß also eine unzulässige Beanspruchung nur eines Teiles des Faltenbalges nicht möglich ist

Wie bereits erwähnt, ist bei dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die größere Grundfläche des Kegelstumpfes an der dem Einlaß 10 für das Druckmedium zugeordneten Seite vorgesehen, in diesem Falle ist die Platte 8 auch größer als die Platte 9 am entgegengesetzten Ende des Mantels, welche die Betätigungsbewegung gemäß Pfeil 11 ausführt Die Platte 8 könnte z. B. auch eine gegenüber dem Mantel des Faltenbalges in radialer Richtung überstehende Randpartie besitzen. Die Platte 8 kann auch mit Anschlußeinrichtungen zum Anschluß an eine nicht weiter dargestellte Druckmediumquelle vorgesehen sein, während die Platte am gegenüberliegenden Ende mit Mitteln zum Obertragen der Betätigungsbewegung versehen sein kann, so z. B. kann sie mit Mitteln zum Herstellen einer Verbindung zu einem die Betätigungsbewegung ausführenden Organ ausgerüstet sein. Außerdem kann man auch noch eine der Platten, zweckmäßigerweise die zum Einführen des Arbeitsmediums dienende Platte, mit Befestigungsmitteln, z. B. einem Spannring, einer Spannplatte, Spannaugen usw. versehen, die zum Befestigen des Arbeitszylinders an einer Unterlage oder einem Träger dienen. Diese Befestigungsmittel können gegenüber der Platte vorstehen und zum Befestigen des Zylinders, z. B. durch Anschrauben an seiner Unterlage dienen. Die Befestigungsmittel können mit der Platte in beliebiger Weise verbunden sein, z. B. können sie an ihr angeklebt und mit ihr verschraubt sein.

Der Faltenbalg kann elastisch aus Metall hergestellt sein, wobei die Rückstellkraft dem Mantelkörper selbst innewohnt. Man kann jedoch die Anordnung auch so treffen, daß der kegelstumpfförmige Faltenbalg aus elastischem Material, z. B. aus Gummi und Kunststoffmaterial mit gummiähnlichen Eigenschaften besteht, wobei hierbei die Rückstellkraft durch Federn, z. B. aus Stahl geliefert wird, die z. B. in den Faltenbalg eingesetzt sind.

Für die Erzeugung de Rückstellkraft können verschiedene Elemente verwendet werden. So z. B. können die zum Erzeugen der Rückstellkraft dienenden Federn als Außenfedern ausgebildet sein, die in diesem Falle zweckmäßigerweise an den Abschlußplatten angreifen. Die Federn können auch von innen oder von außen an den Faltenbalg angelegt sein. Schließlich kann man auch die Rückstellkraft durch federnde Ringe erzeugen, deren Durchmesser von einem axialen Ende des Zylinders zum anderen Ende abnimmt und die einzeln in die aufeinanderfolgenden Falten des Balges eingelegt sind, wobei sie vorteilhafterweise an der dem faltenbalgartigen Mantel zugewandten Seite eine dem Grund der Falten angepaßte Form haben und hierbei an dem Grund der Falten anliegen. Diese federnden Ringe können hierbei zweckmäßigerweise gemäß Fig.2 so

ίο ausgebildet sein, daß sie an der dem Faltenbalg zugewandten Seite eine dem Grund der Falten angepaßte Form haben und hierbei an dem Grund der Falten anliegen, während sie im übrigen eine der Größe der Ausweitung entsprechende Querschnittsform haben und ein entsprechendes Widerstandsmoment besitzen. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die federnden Ringe aus zwei Partien 12, 13, von denen die dem Faltenbalg 1 zugewandte Partei 12 im Querschnitt etwa die Gestalt eines Kreises hat, der etwa mit dem Radius der zugehörigen Falte 14 beschrieben worden ist und am Grund 15 dieser Falte anliegt, während die sich nach außen hin anschließende andere Partie 13 eine schmälere Verlängerung der ersten bildet die etwa koaxial mit dieser angeordnet ist, wobei beide Längsmittellinien in derselben Ebene 18 liegen. Die Partie 12 geht bei 16, 17 allmählich in die Partie 13 über.

Die Länge der Verjüngung 13 entspricht etwa der Höhe der Partie 12, während ihre Breite der halben

jo Höhe entspricht.

Man kann auch zum Erzeugen der Rückstellkraft eine Spiralfeder vorsehen, deren einzelne Spiralen in 'die aufeinanderfolgenden Falten des Balges eingelegt sind, wobei dann der Balg spiralförmig verlaufende Falten

J5 besitzt.

Der Faltenbalg kann einen in sich geschlossenen Körper bilden, der an den Stirnseiten abgeschlossen ist, an denen die die Abschlußstücke bildenden Platten oder Scheiben von außen her angebracht sind, z. B. indem sie mit diesem Balg verschweißt oder verklebt sind. Der Faltenbalg kann jedoch auch an den den beiden axialen Stirnseiten entsprechenden Enden offen sein, wobei die die Abschlußstücke bildenden Platten von außen her an den Faltenbalg angesetzt und mit dem zugeordneten Materialrand durch Verkleben, Verschweißen usw. verbunden sind und den Innenraum des Faltenbalgs an dem zugeordneten Ende hermetisch abschließen. Schließlich kann der Faltenbalg nur an einem Ende von sich aus geschlossen und am anderen Ende durch die zugeordnete Abschlußplatte verschlossen sein.

Wenn man bei der erfindungsgemäßen Anordnung Druckmedium gemäß Pfeil 7 durch die Öffnung 10 in das Zylinderinnere einführt, dehnt sich der faltenbalgartige Mantel aus, bis er annähernd die Strecklage einnimmt, wobei die Abschlußplatte 9 eine Bewegung in Richtung des Pfeiles 11 ausführt und hierbei eine Arbeit verrichten oder eine Betätigungsbewegung an ein anderes Organ weitergeben kann. Wenn man nunmehr ein der Einlaßöffnung 10 vorgeschaltetes, nicht weiter dargestelltes Ventil auf Entlüftung umschaltet, wird der Faltenbalg durch die ihm innewohnende Rückstellkraft und durch den evtl. an der Platte ausgeübten Widerstand in die Ausgangsstellung zurückgeführt, wobei die Luft aus dem Inneren des Zylinders durch die

öffnung 10, die nunmehr zur Entlüftung dient, nach außen geführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Betätigungsvorrichtung mit einem elastischen, durch Druckluftbeaufschlagung ausdehnbaren, Kegelstumpfform aufweisenden faltenbalgartigen Mantel mit starren Abschlu3platten an den beiden axialen Enden, wobei an einer Abschlußplatte, die festgelegt ist, die Druckluft zuführbar ist und die andere Abschlußplatte die Betätigungsbewegung ι ο ausführt, nach Patent 2109 564, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der einzelnen Falten (3,4,5) von dem Ende (8) des Mantels (1) mit größerem Durchmesser zum anderen Ende (9) hin allmählich und kontinuierlich abnimmt

2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeradien der Falten (3,4,5) von dem Ende (8) des Faltenbalges (1) mit größerem Durchmesser zum anderen Ende (9) hin allmählich abnehmen.

3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstufung der Faltengröße so gewählt ist, daß die Spannung in den Falten (3, 4, 5) gemäß der Gleichung σ = M/W konstant bleibt, wobei σ die Spannung. M das Moment und Wdas Widerstandsmoment bedeutet

4. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit in die Falten des Mantels eingelegten federnden Ringen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (12) an der dem faltenbalgar- jo tigen Mantel (1) zugewandten Seite eine dem Grund (15) der Falten (14) angepaßte · Form haben und hierbei an dem Grund der Falten anliegen.

5. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (12) im Querschnitt gesehen an der dem Faltengrund (15) abgewandten Seite in einer Verjüngung (13) auslaufen, deren Länge etwa der Höhe des Ringes und deren Breite etwa der halben Höhe entspricht.

6. Betätigungsvorrichtung nach einem der An-Sprüche 1 bis 3, mit einer in die Falten des Mantels eingesetzten kegelstumpfförmigen Schraubenfeder, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder an der dem faltenbalgartigen Mantel (1) zugewandten Seite eine dem Grund (15) der Falten angepaßte 4^ri Form hat und hierbei an dem Grund der Falten anliegt.