DE2639738C2 - Zylinderförmiges Hubelement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein zylinderförmiges Hubelement bestehend aus zwei übereinander angeordneten Scheiben und einem mit beiden Scheiben dichtend verbundenen rohrförmigen Mantel aus elastischem Kunststoff, dessen Wandung Knicklinien aufweist und im spannungslosen Zustand nach innen eingeknickt ist.

Für Maschinen der gesamten Industrie ist es üblich, bestimmte Bewegungs- und Steuerungsvorgänge mittels Hebel oder mittels in Zylindern angeordneten Kolben vorzunehmen. Die meisten dieser Elemente bedürfen einer ständigen Wartung. Bei stärkeren Belastungen sind diese Elemente auch störungsanfällig. Nachteilig ist auch, daß solche Elemente vielfach einen harten Anschlag aufweisen. Nachfolgende Maschineneinrichtungen werden daher hart beansprucht wenn sie nicht durch zusätzliche elastische Elemente geschützt sind.

Ein Hubelement mit den eingangs umrissenen baulichen Merkmalen ist aus der DE-OS 23 37 090 bekannt. Es dient zum Anheben von schweren Lasten, wie z. B. von umgestürzten Fahrzeugen. Das Hubelement besteht aus gummiartigem Material, das mit Gewebeeinlagen verstärkt ist. Es hat eine faltenbalgartige Gestalt. Damit sich das Hubelement auf möglichst kleinem Raum zusammenlegen läßt, weist es Faltlinien auf.

Ein anderes Hubelement, das ebenfalls im wesentlichen die eingangs genannten baulichen Merkmale aufweist, ist in der Gebrauchsmusterschrift 7143 405 beschrieben. Dieses Hubelement dient dem gleichen Zweck wie das Hubelement nach der genannten DE-OS 23 37 09C. Es besteht aus zwei planparallelen festen Scheiben, die durch einen zylindrischen Balg aus luftdichtem Gewebe miteinander verbunden sind.

Innerhalb des Balges sind die Scheiben durch zum Teil elastische Bänder zusammengehalten. Diese beiden Hubelemente stimmen in ihren technischen Wirkungen im wesentlichen überein. Ihre Hubkraft ist höchstens so

ίο groß, wie sich unmittelbar aus dem Innendruck ergibt Da die Wände sehr leicht verformbar sind, kann die Hubkraft sogar deutlich niedriger liegen, da der Druck auf die Seitenwände der Hubkraft entgegen wirken kann. Außerdem haben diese Elemente eine äußerst geringe Seitenstabilität so daß sie in den Fällen einer zusätzlichen Führung bedürfen, in denen die Möglichkeit besteht daß die Last seitlich abgleitet Mit diesen Hubelementen ist es nicht möglich, mittels eines bestimmten Innendrucks eine festgelegte Abstandsposition zwischen Kopf- und Bodenteil zu erhalten. Zur erfindungsgemäßen Lösung können diese Hubelemente daher nicht beitragen.

Ein Hubelement nach der DE-OS 25 50 898 liegt von der Erfiadung noch weiter ab, weil es nur aus einem festen Gehäuse und einem darin frei beweglichen elastischen Gummibalg besteht der unter steigendem Innendruck einen Stempel in einer passenden Führung bewegt Ferner steht auch ein einstückiger als Doppelbalg ausgebildeter Luftfederbalg mit festen Endplatten in keinem Zusammenhang mit der Erfindung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein wartungsfreies, einfach herstellbares Hubelement mit großer Lebensdauer und hoher Seitenstabilität zu schaffen, das mit zunehmenden Innendruck eine stark progressiv ansteigende Hubkraft besitzt und bei dem sich diese Kraftsteigerung bis zur Streckgrenze fortsetzt

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem eingangs beschriebenen Hubelement darin, daß die Ringknickzonen durch auf der Dehnungsseite liegenden Ringeinkerbungen gebildet sind und der dickwandige Mantel einen £-ModuI von ca. 600 kg/cm² aufweist

Ein derartig aufgebautes Hubelement führt mittels Preßluft oder einem anderen hydraulischen Mittel einen Streckvorgang so aus, daß sich die Ringeinkerbung schließt und die rohrförmige Wand sich von dem doppelkegeligen Zustand in den gestreckten Zustand verformt Die Biegung des doppelkegeligen Mantels erfolgt nur in den Knickzonen, ohne daß sich diesem Vorgang eine ballige Verformung überlagert Dieser Vorgang ist durch die Einkerbung, die Dickwandigkeit und dem hohen £-Modul bedingt Die im Querschnitt gesehene kniehebelartige Verformung hat die entscheidende Wirkung auf die Hubkraft Da der Luftdruck stets senkrecht auf der Wandung liegt und die radiale Verformung der doppelkegeligen Wandung mit starker Untersetzung an die endständigen Scheiben weitergegeben wird, entsteht eine wesentlich höhere Kraft als dem Luftdruck entspricht.

Mit zunehmender Streckung des Mantels steigt die axiale Kraft bis die Endstreckung erreicht ist Diese zunehmende Streckkraft bei gleichbleibendem Innendruck ist eine wesentliche Besonderheit der vorliegenden Erfindung und schafft vielfältige neue Anwendungsbereiche für das Hubelement.

Da als elastischer Kunststoff vorzugsweise ein zähhartes Polyurethan zur Anwendung kommt sind schnelle und viele Hubvorgänge hintereinander ohne

weiteres hinzunehmen. Die Lebenserwartung kann dabei ohne Bedenken mehrere Millionen Lastwechsel betragen. Eine Wartung des Elementes ist nicht notwendig, eine Beschädigung des Elementes ist nicht zu befürchten.

Infolge der durch die Dickwandigkeit und Einkerbung bestimmten Verformungsart unter Luftdruck und des hohen Ε-Moduls wird auch eine sehr hohe Seitenstabilität bei dem Hubelement erhalten.

Das Hubelement hat weiterhin den Vorteil, daß es mit geringem Aufwand in allen Größen herstellbar ist Ferner schafft es die Möglichkeit, durch Variation des Höhen- und Breitenverhältnisses auch bei sehr kleinen Maschinen wirksam als Maschinenelement zur Anwendung zu kommen. Je nach Dickwandigkeit des Mantels ist eine Berücksichtigung des F-Moduls sinnvolL Dieser beträgt im allgemeinen ca. 600 kg/cm². Bei größerer Wandstärke kann ein geringerer £-Modul vorgesehen sein als bei einer dünnen Wandstärke. Die Wandstärke selbst richtet sich nach dem einzelnen An irendungsfall, wobei die dicke Wandstärke, insbesondere für die hohe Druckaufnahmefähigkeit in axialer Richtung wesentlich ist

Der Mantel ist im radialen Querschnitt im allgemeinen kreisförmig gestaltet Es ist jedoch auch ein nicht runder Querschnitt verwendbar, wenn dies für den vorgesehenen Anwendungsfall zweckmäßig erscheint Insbesondere können vieleckige Querschnitte in Betracht kommen. Deren Ecken sollen jedoch abgerundet sein.

Die übereinander angeordneten Scheiben sind dem Mantelquerschnitt 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 sie können aber auch geneigt zueinander liegen. Hierbei ist dann allerdings der unsymmetrische Verformungsvorgang im Mantel zu berücksichtigen.

Die eingeknickte Gestaltung des Mantels bildet den spannungslosen Zustand. Dies hat den Vorteil, daß der Mantel nach der Streckung von selbst in den spannungslosen Zustand und damit in die eingeknickte Gestaltung zurückgeht

Die Leistungsfähigkeit des Hubelementes ist daraus ersichtlich, daß es bei einem Luftdruck von 6 atü in den letzten 8% seines Hubes eine Druckkraft von 56 t aufweist, wenn der Mantel einen Durchmesser von 1 m hat Die Einkerbung in den Knickzonen erfaßt im allgemeinen etwa die halbe Wandstärke des Mantels. Auch dies hängt vom f-Modul des Materials ab. Bei niedrigem £"-Modul sollte die Einkerbungstiefe geringer sein als bei größerem f-Modul. Die Grenzen für den Ε-Modul liegen etwa im Bereich zwischen 300 und 900 kp/cm². Eine Mindestwandstärke darf nirht 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 die planparallele Streckbewegung der übereinander angeordneten Scheiben beeinflussen und die Hubkraft vermindern. Diese genaue planparallele Streckung der Scheiben ist ebenfalls ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, da dieser Vorgang für manche technischen 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 Streckvorganges bedingt

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 Engriffen mittels

\{/ Fortsätze können auch Klemmbefestigungen oder Verklebungen vorgesehen sein, falls dies aus einem anderen Gesichtspunkt sinnvoll erscheint Die Scheiben können aus beliebigem zähharten Material, wie Metall oder faserverstärktem Kunststoff bestehen. Wesentlich ist hierfür, daß dem Anwendungsfall Rechnung getragen wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung kann darin bestehen, daß eine oder beide Scheiben längs der Außenseite des Mantels zylindrische Stützwände aufweisen. Diese an der Außenseite zu dem Mantel angeordneten Stützwände stellen sicher, daß bei der Verformung des Mantels eine Überdehnung und damit eine Auswölbung nach außen nicht eintreten kann. Dies wäre möglich, wenn der vorgesehene maximale Luftdruck überschritten wird. Eine derartige Stützwand stellt außerdem sicher, daß der vorgesehene Hubweg sehr genau eingehalten wird. Grenzen der Toleranz für den Hubweg können auf weniger als 1% eingestellt werden.

Während die Scheiben und der Mantel im allgemeinen aus drei Teilen bestehen, ist es auch möglich, daß eine der Scheiben einstückig mit dem Mantel ausgebildet ist Dies kann bei einer Massenherstellung derartiger Artikel vorteilhaft sein, weil dadurch die Montage vereinfacht wird.

Ein in gleicher Richtung zielendes Merkmal der Erfindung kann darin bestehen, daß der Mantel auf der inneren Wandfläche zu beiden Seiten der nach innen knickenden Knickzone Sperrslützblöcke aufweist, die mit ebenen auf dem Mantel senkrecht stehende Flächen versehen sind, die sich im gestreckten Zustand des Mantels aneinander legen.

Diese bestehen aus dreieckigen Klötzen, die sich je mit einer Fläche aneinander legen, sobald die Streckgrenze des Mantels erreicht ist. Diese Blöcke ersparen außen liegende Stützflächen und machen dadurch den Mantel leichter zugänglich. Außerdem fördern sie eine Kühlung, falls hohe Verformungsperioden zu erwarten sind.

Während die Hubhöhe durch die Höhe des Mantels und die maximale Einknickung begrenzt ist, kann ein größerer Hubweg dadurch ermöglicht werden, daß mehrere Mantel mit je einer Knickzone übereinander 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 unstßtig verläuft. Weiterhin ist bei dem Mantel zu berücksichtigen, daß je nach dem Höhen- und Breitenverhältnis ein bestimmter Knickwinkel nicht überschritten werden sollte, weil 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 überlagert sich allerdings die Kraft aus den Scheiben.
Die Elemente sind wegen des in Ringform erwünsch-

ten spannungslosen Zustandes im allgemeinen auch als Ringe hergestellt. Wenn die Abmessungen jedoch eine geringere Spannung zulassen, ist es auch möglich, ein Hubelement aus einer Profilleiste zu bilden, in dem diese zu einem Ring zusammengeklebt wird.

Wichtig ist hierbei, daß die zu verklebenden Stirnseiten eine ausreichende Haftung aufweisen.

Die Erfindung wird in Verbindung mit 8 Abbildungen beispielsweise beschrieben.

Die Abb. 1, 2, 3, 4 und 6 und 7 zeigen verschiedene axiale Querschnitte durch das Hubelement Die A b b. 5 und 8 zeigen radiale Querschnitte durch das Hubelement

In A b b. 1 weist ein ringförmiger Mantel 1 aus Polyesterurethan mit einem Ε-Modul von 600kp/cm² drei Einkerbungen 2,3,4 auf. Diese Einkerbungen liegen jeweils an der Seite des Mantels 1, der durch die einknickende Verformung unter Zugspannung gelangt. Während der Mantel 1 sich nach unten an die Scheibe 5 einstückig fortsetzt, ist er am Oberen Rand durch schwalbenschwanzförmige Verdickungen 6 verbreitert und greift hiermit in eine Aussparung der oberen 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 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 Dies ist durch das Obersetzungsverhältnis der Wandteile bedingt, die bei verhältnismäßig großer Verlagerung nur noch einen geringen Hub zur Folge haben. Die Abb.3 unterscheidet sich dadurch von den A b b. 1 und 2, daß die untere Scheibe 5 identisch mit der oberen Scheibe 7 ist Außerdem besitzt der Mantel 1 auf der Innenseite Sperrstützblöcke 14 und 15. Wird das Hubelement nach A b b. 3 unter Preßluft gesetzt, so legen sich die Sperrstützblöcke 14,16, wie in A b b. 4 dargestellt ist, mit den Rächen 16 aufeinander.

Hierdurch wird eine Auswölbung des Mantels 1 nach außen vermieden. Dabei wird eine Stützwand 8 überflüssig. In A b b. 5 ist die Anordnung der Sperrstützblöcke 14, IS erkennbar. Sie sind radial ausgerichtet und in einem so großen Abstand voneinander angeordnet daß sie in der Lage sind, die Stützkräfte aufzunehmen. Ihre Form, insbesondere ihre Breite- ist zumindest teilweise durch die Härte bedingt, die das Mantelmaterial aufweist

Die A b b. 6 und 7 zeigen Varianten zu den A b b. 1 und 2 bzw. 3 und 4. Sie weisen eine mit dem Mantel 1 einstückige Scheibe 5 auf. Es sind wiederum Sperrstützblöcke 14, 15 vorgesehen. Diese sind in Abb.8 verdeutlicht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 Patentansprüche:

1. Zylinderförmiges Hubelement bestehend aus zwei übereinander angeordneten Scheiben und einem mit beiden Scheiben dichtend verbundenen rohrförmigen Mantel aus elastischem Kunststoff, dessen Wandung Knicklinien aufweist und im spannungslosen Zustand nach innen eingeknickt ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ringknickzonen durch auf der Dehnungsseite liegenden Ringeinkerbungen (2, 3, 4) gebildet sind und der dickwandige Mantel (1) einen Ε-Modul von ca. 600 kg/cm² aufweist

2. Hubelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Mantelränder mit im Querschnitt schwalbenschwanzförmigen Verdickungen (6) in passende Ringfugen in den Scheiben (5,7) eingreifen.

3. Hubslement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß eine oder beide Scheiben (5, 7) längs der Außenseite des Mantels (1) Stützwände (8) aufweisen.

4. Hubelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß eine der Scheiben (5) einstückig mit dem Mantel (1) ausgebildet ist

5. Hubelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Mantel (1) auf der inneren Wandfläche zu beiden Seiten der nach innen knickenden Knickzone Sperrstützblöcke (14, 15) aufweist die mit ebenen, auf dem Mantel (1) senkrecht stehende Flächen (16) versehen sind, die sich im gestreckten Zustand des Mantels (1) aneinander legen.

6. Hubelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß mehrere Mäntel (1) übereinander angeordnet sind.