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Zylinderförmiges Hub element
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Die Erfindung bezieht sich auf eiu zylinderförmiges Hub element.
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Für Maschinen über den gesamten Industriebereich ist es üblich 1 bestimmte
Dewegungs und Steuerungsvorgänge mittels Hebel oder zylindrischen Kolben vorzunehmen.
Die meisten dieser Hebel- und Steuerungselemente bedürfen einer ständigen Wartung.
Bei stärkeren Belastungen sind sie oft störungsanfällig.
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Sie haben darüber hinaus auch häufig den Nachteil, daß sie den Bewegungsvorgang
nur mit gleichbleibender hraft ausführen. Ein anderer Nachteil besteht darin, daß
solche Elemente vielfach einen metallischen harten Anschlag aufweisen. Nachfolgende
Maschineneinrichtungen werden daher härter als erwünsdit beansprucht, wenn sie nicht
durch zusätzliche elastische Einrichtungen vor solchen Einwirkungen geschützt sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ifubelement zu schaffen, das sich
durch völlige Wartungsfreiheit, durch einfache Herstellung bei großer Lebensdauer
auszeichnet, und außerdem die Möglichkeit schafft, den Kraftaufwand vor Erreichen
der Endstellung im Steckzustand wesentlich zu steigern, ohne daß hierfür cln zusätzlicher
Aufwand erforderlich ist.
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Die Lösung der Aufgabe bei diesem Hubelement besteht darin, daß zwei
iibereinander angeordnete Scheiben unter Abdichtung mit den Stirnseiten eines dickwandigen
rohrförmigen Mantels aus elastischem Lunststoff mit einem E-Modul von ca. 600 kp/cm2
verbunden sind und wobei die mittlere Ringzone des Mantels im spannungslosen Zustand
V-förmig nach innen eingeknickt ist und die Ringknickzonen durch auf der Dehnungsseite
liegende Ringeinkerbungen gebildet sind.
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EDin derartiges Iiubelement aus zwei Scheiben und dem luftdicht dazwischen
liegenden in der Mitte eingezogenen Mantel läßt sich durch Preßluft oder ein anderes
hydraulisches Mittel zu einem Streckvorgang vcranlassen. Die Streckung erfolgt dadurch,
daß die Ringeinkerbungen geschlossen werden und die Mantelwand sich von dem eingezogenen
Zustand in den gestreckten Zustand verformen läßt. Die dabei auftretenden axialen
Drücke des Hubelementes sind beträchtlich im Verhältnis zu dem dabei aufzuwendenden
Druck.
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Ein besondercr Vorteil liegt darin, daß mit zunehmender Streckung
des Mantels die axiale kraft zunehmend steigt bis die Endstred@ung erreicht ist.
Diese zunehmende Streckkraft bei gleichbleibendem Innendruck ist eine wesentliche
Besonderheit der vorliegenden Erfindung und schafft vielfältige neue Anwendungsbereiche
für das Ilubelement.
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Da als Kunststoff vorzugsweise ein zähhartes Polyurethan zur Amçendung
kommt, sind schnelle und eine große Anzahl von Hubvorgängen hintereinander ohne
weiteres hinzu--nehmen. Die Lastwechselzahl kann dabei ohne Bedenken mehrere Millionen
betragen. Eine Wartung des Elementes ist nicht notwendig, eine Beschädigung des
Elementes ist nicht zu befürchten.
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Dns Hubelement hat weiterhin den Vorteil, daß es mit geringem Aufwand
in ellen Größen herstellbar ist. Ferner schafft es die IXIöglichkeit, durch Variation
des Höhen-und Breitenverhältnisses auch bei sehr kleinen Maschine wirksam als Maschinenelement
zur Anwendung zu kommen.
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Je nach Dickwandigkeit des Mantels ist eine Berücksichtigung des E-Moduls
sinnvoll. Dieser beträgt im allgemeinen ca. 600 kg/cm2.
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Bei größerer Wandstärke kann ein geringerer E-llodul vorgesehen sein
als bei einer dünnen Wandstärke. Die Wandstärke selbst richtet sich nach dem einzelnen
Anwendungsfall, wobei die dicke Wandstärkesinsbesondere für die hohe Druckaufnahmefähigkeit
in axialer Richtung wesentlich ist.
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Der Mantel ist im radialen Querschnitt im allgemeinen kreisförmig
gestaltet. Es ist jedoch eine nicht runder Querschnitt verwendbar, wenn dies fiir
den vorgesehenen Anwendungsfall zweckmäßig erscheint. Insbesondere können vieleckige
Querschnitte in Betracht kommen, wenn deren Ecken gerundet sind.
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Die übereinander angeordneten Scheiben sind dem Mantel querschnitt
in den meisten Fällen angepaßt. Die Scheiben können aber auch Bestandteile der Maschinenteile
selbst sein, die gegeneinander bewegt werden sollen. Die Scheiben sind vorzugsweise
planparallel angeordnet, können aber auch geneigt zueinander liegen. Hierbei ist
der entsprechend unsymmetrische Verformungsvorgang im Mantel zu berücksichtigen.
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Die eingeknickte Gestaltung des mantels bildet den spannungslosen
Zustand. Dies hat den Vorteil, daß der Mantel nach der Streckung in den spannungslosen
Zustand und damit in die eingeknickte Gestaltung von selbst zurückgeht.
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Die Leistungsfähigkeit des Hubelementes ist daraus ersichtlich, daß
es bei einem Luftdruck von 6 Atü in den letzten 8 °% seines Hubes eine Drud,kraft
von 56 t aufweist, wenn der Mantel einen Durchmesser von 1 m hat.
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Die Einkerbung in den Knickzonen erfaßt im allgemeinen etwa die halbe
Wandstärke des Mantels. Auch dies hängt vom E-Moslul des Elaterials ab. Bei niedrigem
E~Iio(lul sollte die Einkerbungstiefe geringer sein als bei großerern E-Modul. Die
Grenzen für den E Modul liegen etwa im Bereich zwischen 300 und 900 kp/cm2.
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Eine Mindestwandstäkre darf nicht unterschritten werden, weil sonst
die Verformungsvorgänge sich nicht ausschließlich auf die Knickzonen beschränken,
sondern unter Umständen auch eine Verbiegung der Mantelwand möglich ist. Derartige
Verbiegungen sind unerwünscht, weil sie planparallele Streckbewegung zwischen den
übereinander angeordneten Scheiben beeinflussen. Diese planparallele Streckung der
Scheiben ist darüber hinaus ebenfalls ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, weil
auch bei sehr flach gestalteten IIubelementen dieser Vorgang für manche technische
Bedingungen wesentlich ist. Diese planparallele Verschiebung bleibt auch dann erhalten,
wenn eine ungleichmäßige Flächenbelastung bei den Scheiben eintritt. Dies ist durch
die Besonderheit bei der Verformung des Mantels während des Steckvorganges und die
auf ihm verteilte Druckkraft infolge des Luftdruckes bedingt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß
die Mantelränder mit im Querschnitt schwalbenschwanzförmigen Verdickungen in passende
Ringfugen in den Scheiben eingreifen. Eine derartige Befestigung muß luftdicht sein,
hat aber dabei den Vorteil, daß die Herstellung'des Hubelementes auf einfache Weise
durchgeführt werden kann. Anstelle von derartigen Eingriffen mittels Fortsätze können
auch Klemmbefestigungen oder Verklebungen vorgesehen sein, falls dies aus einem
anderen Gesichtspunkt sinnvoll erscheint.
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Die Scheibe kann aus beliebigem zähharten Material, wie Metall oder
faserverstärktem Kunststoff bestehen.
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Wesentlich ist hierfür, daß sie dem Anwendungsfall Rechnung trägt.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung kann darin bestehen daß ein oder
beide Scheiben eine zylindrische St-itzwand aufweisen. Diese an der Außenseite zu
dem Balg angeordneten Stützwände stellen sicher, daP bei der Verformung des Ealges
eine Überdehnung und damit eine Auswölbung nach außen nicht eintreten kann. Dies
wäre tliöglich, wenn der vorgesehene maximale Luftdruck überschritten wird. Eine
derartige Stützwand stellt außerdem sicher, daß der vorgesehene IIubweg sehr genau
eingehalten wird. Grenzen der Toleranz für den Hubweg können auf weniger als 1 So
eingestellt werden.
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Während die Scheiben und der Mantel im allgemeinen aus je einem Stück
bestehen, ist es auch möglich, blaß eine der Scheiben einstückig mit dem Mantel
ausgebildet ist.
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Dies kann bei einer Massenherstellung derartiger Artikel vorteilhaft
sein, weil dadurch die Montage vereinfacht wird.
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Ein in gleicher Richtung zielendes Merkmal der Erfindung kann darin
bestehen1 daß der Mantel auf der Innenwand-Sperrstützblöcke aufweist. Diese bestehen
aus dreieckigen Klötzen, welche sich je mit einer Fläche aneinanderlegen, sobald
die Streckgrenze des Mantels erreicht ist. Diese Blöcke ersparen außen liegende
Stützflächen und machen dadurch den Mantel leichter zugänglich und fördern außerdem
eine Kühlung, falls hohe Verformungsperioden zu erwarten sind.
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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist es möglich, -daß die
zwischen den Ringmittenbereichen des Mantels liegenden Mantelflächen unterschiedlich
breit sind. Hierdurch kann in bestimmten Fällen eine veränderte Charakteristik des
Kraftdruckdiagramms auftreten, weil die Winkel der Mantelflächen zur Axialrichtung
unterschiedlich verändert wehren. In einer besonderen Alisführung ist dabei denkbar,
daß schon zu einem verhältnismäßig friihen Zeitpunkt eine größere axiale Hubkraft
eintritt, als dies bei einer symmetrischen Gestaltung der Mantelflächen im Verhältnis
zu den Knickrinnen der Fall ist.
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Während die Hubhöhe durch die Mantelhöhe und die maximale Einknickung
begrenzt ist, kann ein größerer Hubweg dadurch -ermöglicht werden, daß melirere
Mäntel mit je einer Knickzone hintereinander angeordnet werden. Hierbei ist dafür
Sorge getragen, daß die Mäntel unter dem auftretenden Innendruck sich gleichartig
verformen, -damit nicht eine hintereinander folgende Verformung erfolgt. Dies würde
zur Folge haben, daß das krafthubdiagramm unstetig verläuft. Weiterhin ist bei dem
Mantel zu berücksichtigen, daß je nach dem Höhen- und Breitenverhältnis ein bestimmter
Knickwinkel nicht überschritten werden sollte, lfeil sonst die auf der Innenseite
des Mantels auftretenden Kräfte zu einer Verformung führen könnten, die nicht ein
Spreizen, sondern ein Zusammenfallen des Hubelementes zur Folge hat. Dieser Winkel
liegt in der Regel bei etwa 90. Dieser Kraft iiberlagert sich allerdings die Kraft
aus den Scheiben.
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Die Elemente sind wegen des in Ringform erwünschten völlig spannungsIosen
Zustand im allgemeinen gleichzeitig als Ringe hergestellt. Wenn die Abmessungen
jedoch die geringen Spannungen zu-lassen, ist es auch möglich, ein Hubelement aus
einer Profilelement aus einer Profilleiste zu bilden, indem diese zu einem Ring
zugeklebt wird.
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Wichtig ist hierbei, daß die zu verklebenden Stirn-Seiten eine ausreichende
Haftung aufifeisen Die Erfindung wird in Verbindung mit ," Abbildlmgen beispielsweise
beschrieben.
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Die Abb. 1, 2, 3, 4 und 6 und 7 zeigen verschiedene axiale Querschnitte
durch das Hubelement. Die Abb.
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5 und 8 zeigen radiale Querschnitte durch das Hubelement.
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In Abb. 1 weist ein ringförmiger Mantel 1 aus Polyesterurethan mit
einem E-Modul von 600 kp/cm2 drei Einkerbungen 2, 3, 4 auf. Diese Einkerbungen liegen
jeweils an der Seite des Mantels, der durch die einknickende Verformung unter Zugspannung
gelangt.
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Während der Mantel 1 sich nach unten an die Scheibe 5 einstückig fortsetzt,
ist er am oberen Hand schwalbenschwanzförmig 6 verbreitert und greift hiermit in
eine Aussparung der Scheibe 7 ein. Die Scheibe 7 ist ferner durch eine Stützwand
8 in axialer Richtung ergänzt. Wird der Hohlraum 9 durch die Bohrung 10 unter Preßluft
gesetzt, so tritt eine Verformung in den Knickzonen 2, 3 und 4 ein. Die Endstellung
dieser Verformung ist genau festgelegt. Der Verformungsvorgang zeichnet sich dadurch
aus, daß er kurz vor der Endstellung mit besonders großer kraft verläuft.
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Dies ist durch das Übersetzungsverhältnis der tiandteile bedingt,
die bei verhältnismäßig großer Verlagerung nur noch einen geringen Hub zur Folge
haben. Die Abb. 3 unterscheidet sich dadurch von den Abb. 1 und 2, daß die Scheibe
11 identisch mit der oberen Scheibe 12 ist. Außerdem besitzt die Balg wandung 13
auf der Innenseite Sperrstützblöcke 14 und 15. Wird das Hubelej'ent nach Abb. 3
unter Preßluft gesetzt, so legen sich die Sperrstiitzblöcke, wie in Abb. 4 dargestellt
ist, in den Bereich 16 aufeinander.
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Hierdurch wird eine Auswölbung des Mantels nach außen vermieden. Dabei
wird eine Stiitzlsana iiberflüssig. In Abb. 5 ist die Anordnung der Sperrstift blöcke
16 erkennbar. Sie sind radial ausgerichtet -und in einem so großen Abstand voneinander
angeordnet, daß sie in der Lage sind, die Stützkräfte aufzunehmen.
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Ihre Form, insbesondere ihre Breite ist zumindest teilweise durch
die Härte bedingt, die das Mantelmaterial aufweist.
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Die Abb. 6 und 7 zeigen Varianten zu den bb. 1 und 2 bzw. 3 und 4.
Sie weisen eine einstückige Scheibe 17 gemeinsam mit der Wand 18 auf. Es sind wiederum
Sperrstützblöcke 20 vorgesehen. Diese sind in Abb. 8 verdeutlicht.
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L e e r s e i t e