DE3446135A1

DE3446135A1 - Einrichtung zur umsetzung von druckenergie in kinetische energie

Info

Publication number: DE3446135A1
Application number: DE19843446135
Authority: DE
Inventors: Helmut 7516 Karlsbad Pietschmann
Original assignee: RITTER AG
Current assignee: RITTER AG
Priority date: 1984-12-18
Filing date: 1984-12-18
Publication date: 1986-06-19
Also published as: FR2574873A1

Description

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Stand der Technik

Für ein linear verschiebbares Organ ist eine Zugvorrichtung in Form eines an seinem ersten Ende fixierten, spiralförmig aufgewickelten und unter Druck setzbaren biegsamen Rohres bekannt (DE-PS 28 15 647). Das Rohr ist mit seinem zweiten Ende mit dem verschiebbaren Organ verbunden und so aufgewickelt, daß ein im drucklosen Zustand verminderter Rohrquerschnitt unter der Wirkung eines Rohrinnendruckes ausdehnbar ist. Der Rohrinnendruck wird mit Hilfe eines Gastreibsatzes erzeugt, der am zweiten Ende des Rohres und innerhalb desselben angeordnet ist und mit einem Kollisionsdetektor gezündet werden kann.

Die Umsetzung von Druckenergie in kinetische Energie erfolgt hierbei durch die vom zweiten Ende des Rohres her fortschreitende Ausdehnung des im drucklosen Zustand verminderten Rohrquerschnitts. Diese Ausdehnung hat eine sukzessive Vergrößerung der mittleren Windungsdurchmesser des spiralförmig aufgewickelten Rohres und damit eine Zugkraft auf das mit dem zweiten Ende des Rohres verbundene verschiebbare Organ zur Folge.

Zu einer Wiederholung eines Zugvorganges muß insbesondere das Rohr durch eine Teildemontage druckentlastet und mit einem neuen Gastreibsatz versehen werden bzw. die gesamte Zugvorrichtung gegen eine neue ausgetauscht werden.

Hieraus ergibt sich bereits ein beschränktes Anwendungsgebiet. Weiterhin ist die Anwendung einer solchermaßen aufgebauten und arbeitenden, Druckenergie in kinetische Energie umwandelnden Einrichtung auf Fälle beschränkt, in denen während der Dauer von wenigen Millisekunden relativ große Kräfte entlang relativ kurzer Wegstrecken erwünscht sind.

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Aufgabe

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Umwandlung von Druckenergie in kinetische Energie unter Verwendung einer unter Innendruck setzbaren Schlauchleitung so auszugestalten, daß sich die Einrichtung als betriebsmäßig wiederholbar arbeitender Antrieb für Stellmittel eignet, die ein durch äußere Einwirkung auch über größere Wegstrecken, beispielsweise im Dezimeter- oder Meterbereich oder darüber verstelltes Organ in seine Ausgangsstellung zurückstellen.

Vorteile

Mit einer Einrichtung nach der Erfindung wird ein vielseitig verwendbarer Stellmittelantrieb erhalten. Er kann als Linearantrieb oder als Drehantrieb ausgestaltet werden und in vorteilhafter Weise z. B. für Rückholeinrichtungen verwendet 'werden, bei welchen während der Verlagerung eines Organs aus seiner Ausgangsstellung keine Rückholkräfte auf das Organ wirksam sein sollen.

Eine erfindungsgemäße Einrichtung ist beispielsweise auch dort mit Vorteil anwendbar wo Stellbewegungen bislang mit Hilfe von Kolben - Zylindereinheiten bewerkstelligt werden. Gegenüber solchen zeichnet sie sich u. a. aus durch wesentlich geringere Anforderungen an die Herstellgenauigkeit ihrer Einzelteile und durch den Wegfall von Gleitdichtungen.

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Darstellung der Erfindung

Die Erfindung macht sich die Kraftwirkung eines sich unter Innendruck aufwölbenden Querschnitts einer Schlauchleitung auf einen hieran abrollbaren Wälzkörper zunutze, der die Schlauchleitung gegen ein Widerlager drückt und dabei an der Kontaktstelle von Wälzkörper und Schlauchleitung deren Querschnitt verschließt. Hierbei wird die der Schlauchleitung zugeführte Druckenergie umgesetzt in eine Kraftwirkung auf je nach Ausführungsbeispiel translatorisch und/oder rotatorisch antreibbare Elemente der Einrichtung. Nach entsprechender Verstellung eines solchen Elementes aus seiner Ausgangsstellung heraus erfolgt dessen Rückstellung durch Druckbeaufschlagung der Schlauchleitung von einem Ende her. Mit einer steuerbaren Ventileinrichtung für das Druckmedium ist dieser Vorgang betriebsmäßig wiederholbar

Durch Anschluß beider Enden der Schlauchleitung an eine steuerbare Ventileinrichtung kann eine Verstellbewegung auch in Gegenrichtung selbsttätig ablaufen, wenn jeweils das eine Schlauchtrum druckentlastet ist während das ändere mit Druck beaufschlagt ist.

Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Einrichtungen sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Fig. 1 veranschaulicht einen Stellantrieb mit einem gerade geführten Schlitten. Hierin ist das Widerlager als nach oben offene U-Schiene 1 ausgebildet. Die Schlauchleitung 2 ist in die U-Schiene eingebettet. Parallel zur U-Schiene ist eine Führungsschiene 3 angeordnet. Längs dieser verschieblich ist ein Schlitten 4 vorgesehen. Der Wälzkörper wird von einer Rolle 5 gebildet. Diese ist so am Schlitten drehbar gelagert, daß ihre Drehachse senkrecht zur Verschieberichtung des Schlittens und parallel zur Auflagefläche 6 des Widerlagers für die Schlauch leitung steht. Der Abstand der Rolle von der Auflagefläche ist

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so bemessen, daß die Schlauchleitung von der Rolle gegen das Widerlager gedrückt wird und daß der Schlauchquerschnitt an der Kontaktstelle mit der Rolle verschlossen ist.

Die Druckbeaufschlagung kann - wie in Fig. 1 schematisch dargestellt - von einem Ende 7 der Schlauchleitung her erfolgen. Die entsprechende steuerbare Ventileinrichtung 8 und deren Verbindung mit dem Ende 7 der Schlauchleitung sind in der Zeichnung (Fig. 1) in allgemeiner Form durch Schaltzeichen wiedergegeben. Hiernach ist das auf das Ende 7 hinweisende Trum. der Schlauchleitung in einem ersten Schaltzustand der Ventileinrichtung 8 entlüftet und der Schlitten kann durch Einwirkung von außen gegen die Reibwiderstände und den Walkwiderstand der drucklosen Schlauchleitung insbesondere in Richtung auf das Ende 7 der Schlauchleitung verschoben werden. In der entsprechenden zweiten Schaltstellung der Ventileinrichtung steht das auf das Ende 7 hinweisende Trum der Schlauchleitung unter .Druck. Dies bewirkt in Verbindung mit dem in Richtung der Schlauchleitung verschieblichen Schlitten, daß die Rolle unter der Wirkung des sich unter Innendruck aufwölbenden Schlauchquerschnitts in Richtung auf das Ende 9 der Schlauchleitung auf dieser abrollt und den Schlitten auf dieses Schlauchende hinbewegt. Der Schlitten wirkt damit also als selbsttätiges Stellorgan un kann seinerseits starr oder gelenkig mit zu verstellenden Vorrichtungen verbunden werden. Bei gelenkiger Verbindung über beispielsweise eine Pleuelstange eines Kurbeltriebes kann hiermit an einer zu verstellenden Vorrichtung insbesondere auch eine Verstellbewegung entlang eines Kreisbogens bewirkt werden.

Die Druckbeaufschlagung kann jedoch - abweichend von der zeichnerischen Darstellung von Fig. 1 - abwechselnd von beiden Enden der Schlauchleitung her erfolgen, während das jeweils andere Trum durckentlastet ist. In diesem Falle wird ein auch in Gegenrichtung selbsttätig wirkender Stellantrieb erhalten.

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In einer (in der Zeichnung nicht dargestellten) vorteilhaften Ausgestaltung kann der von der Führungsschiene 3 zwangsgeführte Schlitten auch ersetzt werden durch ein mit Rädern versehenes Fahrgestell, bei welchem wenigstens eines der Räder oder wenigstens ein zusätzliches Rad in der beschriebenen Art und Weise auf einer Schlauchleitung abrollt und somit als Antriebsrad wirkt und bei welchem der zum Verschließen des Schlauchquerschnitts erforderliche Abstand der Drehachse des mit der Schlauchleitung zusammenwirkenden Rades von der Auflagefläche des Widerlagers durch das Eigengewicht des Fahrgestells beibehalten wird.

Insbesondere kann das jeweilige Antriebsrad lenkbar am Fahrgestell angeordnet und das Widerlager als gekrümmtes Profil ausgebildet werden, so daß das Fahrgestell auch Kurvenfahrten ausführen kann.

Fig. 2 zeigt eine kinematische Umkehrung einer Einrichtung nach .Fig. 1. Während nach Fig. 1 die Rolle 5 unter Veränderung ihres Ortes auf der Schlauchleitung abrollt, wird bei einer Einrichtung nach Fig. 2 durch eine Druckbeaufschlagung der Schlauchleitung 10 von einem Ende her eine Längsverschiebung der Schlauchleitung auf dieses Ende hin bewirkt, so daß das gegenüberliegende Trum der Schlauchleitung als Zugorgan eines Stellantriebs verwendet werden kann. Hierzu ist der als Rolle 11 ausgebildete Wälzkörper um eine systemfeste Achse 12 drehbar und das Widerlager als zur Rolle achsparallele Walze 13 ausgebildet.

Fig. 3 veranschaulicht eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Einrichtung, bei welcher die Schlauchleitung nach dem in Fig. 2 dargestellten Prinzip als Zugorgan eines Stellantriebs verwendet werden kann.

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Bereits bei der Einrichtung nach Fig. 2 war es unerheblich, ob die eine oder die andere Rolle den Wälzkörper bzw. das Widerlager darstellt. Dies gilt entsprechend auch für die in Fig. 3 dargestellte Anordnung. Hier sei im weiteren die schmale untere Rolle 14 als Wälzkörper und die hierzu achsparallele, darüber angeordnete Schnecke als Widerlager verstanden. Die achsparallele Lagerung von Rolle 14 und Schnecke 15 wird mit einem Rahmen 16 bewerkstelligt. Zusätzlich zu ihrer nicht sichtbaren Lagerstelle an ihrem in der Zeichnung linken Ende besitzt die Schnecke eine Drehdurchführung für das über die Leitung 17 zuführbare Druckmedium, mit welchem die Schlauchleitung 18 über ein am anderen Ende der Schnecke austretendes Rohrstück 19 beaufschlagbar ist. Die Schlauchleitung ist in die Gewindenut 20 der Schnecke eingelegt. Der Achsabstand von Rolle und Schnecke ist so bemessen, daß der Querschnitt der Schlauchleitung zwischen der Lauffläche der Rolle und dem Nutgrund der Gewindenut verschlossen ist. Bei .Druckbeaufschlagung der Schlauchleitung (über das Rohrstück 19) werden Rolle und Schnecke durch den sich aufwölbenden Querschnitt der Schlauchleitung in Drehung in den in der Zeichnung durch Pfeile angegebenen Richtungen versetzt. Währenddessen folgt die längs ihrer Drehachse 21 verschiebliche und in die Gewindenut 20 eingreifende Rolle 14 dem Gewinde der Schnecke und das von der Kontaktstelle zwischen Rolle und Schnecke in Richtung auf das mit einer öse 22 versehene Ende der Schlauchleitung verlaufende Trum der Schlauchleitung wird, ebenfalls dem Gewinde der Schnecke folgend, auf diese aufgewickelt.

Die Schlauchleitung bildet also ein Zugorgan eines Stellantriebs und kann über die öse 22 mit zu verstellenden Elementen verbunden werden. Die Öse ist aus einem am Ende der Schlauchleitung in deren lichten Querschnitt eingepaßten und fixierten Stutzen gebildet, der Entlüftungsbohrungen 23 aufweist. Diese sind bei der vorliegenden Ausbildung der Öse für den Druckausgleich im nicht aufgewickelten Trum der Schlauchleitung erforderlich .

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Anstatt die Schlauchleitung als Zugorgan zu benutzen kann in weiterer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Einrichtung nach Fig. 2 oder 3 auch eines der drehenden Elemente 11 oder 13 (Fig. 2) bzw. 14 oder 15 (Fig. 3) als Antriebselernent für kreisbogenförmige Stellbewegungen um einen mehr oder weniger großen Stellwinkel herangezogen werden, der je nach Länge der verwendeten Schlauchleitung bzw. Gangzahl der Schnecke bis zu mehrfachen Vielfachen von 360° betragen kann.

Fig. 4 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel, bei welchem eine drehende Stellbewegung mit Stellwinkeln von beliebigen Vielfachen von 360° möglich ist, so daß dem Wesen nach ein motorischer Drehantrieb erhalten wird, der auf der eingangs erläuterten Kraftwirkung basiert. Im Ausführungsbeispiel (Fig. 4) ist ein solcher Drehantrieb folgendermaßen realisiert.

Es ist eine erste Schlauchleitung 24 und eine gleichartige zweite Schlauchleitung 25 vorgesehen. Die Schlauchleitungen sind unter gegenseitigem seitlichen Abstand in Widerlager in Form von ü-Profilen eingebettet, deren Grundflächen 26 bzw. in einer gemeinsamen Fläche liegen und einen ebenen und einen daran anschließenden kreisbogenförmig gewölbten Abschnitt aufweisen. Zwischen den beiden Schlauchleitungen ist eine drehbare Scheibe 28 angeordnet, deren Drehachse 29 im Krümmungszentrum des kreisbogenförmig gewölbten Abschnitts der Grundflächen liegt. Auf einem gemeinsamen Teilkreis der Scheibe 28 sind hierzu achsparallele zylindrische und untereinander gleiche Wälzkörper gelagert. Ein erstes Paar von Wälzkörpern 30 und 31 steht sich auf der Vorderseite der Scheibe 28 diametral gegenüber und ein zweites Paar von Wälzkörpern 32 und 33 ist entsprechend auf der Rückseite der Scheibe angeordnet. Die Verbindungslinien der Drehachsen des ersten Paares und jene des zweiten Paares von Wälzkörpern stehen zueinander senkrecht.

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Mit Hilfe einer (nicht dargestellten) steuerbaren Ventileinrichtung für das Druckmedium sind die beiden Schlauchleitungen im gegenseitigen Wechsel von den in der Zeichnung rechts vorne liegenden Enden her mit Druck beaufschlagbar. Die jeweils anderen, im kreisförmig gebogenen Abschnitt liegenden Enden der Schlauchleitungen sind frei von Anschlüssen. In der in Fig. 4 dargestellten Drehstellung der Scheibe 28 ist der lichte Querschnitt der vorderen Schlauchleitung 24 durch den Wälzkörper 30 verschlossen und diese Schlauchleitung steht unter Innendruck. - Die entsprechenden Anschlüsse und die zugehörige Drucksteuereinrichtung sind der Einfachheit halber nicht zeichnerisch dargestellt. - Durch die unter diesem Druck erfolgende Aufwölbung des SchlauchquerSchnitts wird der Wälzkörper in Richtung seines in Fig. 4 angegebenen Pfeils in Drehung versetzt. Dabei rollt der Wälzkörper in der Darstellung im Uhrzeigersinn auf der Schlauchleitung 24 ab und überträgt diese Bewegung auf die Scheibe 28, die sich somit ebenfalls im Uhr-.zeigersinn dreht. Durch diese Drehung der Scheibe 28 gelangt der zum Wälzkörper 30 um 90 versetzte und auf der gegenüberliegenden Seite der Scheibe 28 angeordnete Wälzkörper 3 2 in den kreisförmig gekrümmten Bereich der zweiten Schlauchleitung 25, die bis zu ihrem Verschluß durch den Wälzkörper 32 drucklos ist und nach dem Verschließen (vom rechten vorderen Ende her) mit Innendruck beaufschlagt wird. Damit erfährt die Scheibe 28 eine gleichgerichtete Drehung wie durch den Wälzkörper 30.

Bei fortschreitender Drehung der Scheibe 28 kommt nun der Wälzkörper 31 mit der Schlauchleitung 24 in Kontakt nachdem der Wälzkörper 30 den Kreisbogenabschnitt verlassen hat und die Schlauchleitung 24 druckentlastet wurde. Während der Wälzkörper 30 bereits außer Eingriff ist und der Wälzkörper 31 den Querschnitt der Schlauchleitung 24 zunehmend zusammendrückt wird die Drehung der Scheibe 28 vom Wälzkörper 32 besorgt.

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Im weiteren Verlauf gerät der Wälzkörper 32 außer Eingriff und der Wälzkörper 33 verschließt den Querschnitt der zuvor druckentlasteten Schlauchleitung 25 währenddessen die Drehung der Scheibe 28 vom Wälzkörper 31 besorgt wird. Die Querschnittsänderungen durch den abwechselnden Eingriff der Wälzkörper 30 und 31 mit der Schlauchleitung 24 bzw. der Wälzkörper 32 und 33 mit der Schlauchleitung 25 sowie die entsprechenden Änderungen des Überdrucks in den Schlauchleitungen durch eine in Abhängigkeit von der Drehstellung der Scheibe 28 ^ angesteuerte Ventileinrichtung zur Druckbeaufschlagung bzw. -entlastung der beiden Schlauchleitungen sind in Fig. 5a für die Schlauchleitung 24 und in Fig. 5b für die Schlauchleitung 25 wiedergegeben.

Die unterbrochene Linie zeigt den Verlauf der Querschnittsveränderungen und die durchgezogene jenen des Überdrucks in den Schlauchleitungen.

Die Eingriffsdauer der jeweiligen Wälzkörper ist durch Maß-■pfeile mit der Kennzahl des jeweiligen Wälzkörpers angegeben, ü 28 bezeichnet die Umdrehungen der Scheibe 28.

Bei der gewählten Ausstattung der Einrichtung nach Fig. 4 mit vier gleichmäßig über einen Teilkreis der Scheibe 28 verteilten und abwechselnd mit der ersten und der zweiten Schlauchleitung in Eingriff kommenden Wälzkörpern erstreckt sich der kreisbogenförmig gewölbte Abschnitt der Grundflächen 26 und 27 und der zugehörigen Schlauchleitungen über einen Winkel von etwas mehr als 90°. Damit ist gewährleistet, daß bereits vor dem öffnen des Querschnitts der einen Schlauchleitung, also vor dem Austritt eines Wälzkörpers aus dem gewölbten Abschnitt, ein anderer Wälzkörper den Querschnitt der anderen Schlauchleitung verschlossen hat, so daß die Scheibe 28 in eine stetige Drehung versetzt wird.

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Allgemein ist es für den einwandfreien Eingriff zwischen Wälzkörper und Schlauchleitung zweckmäßig, daß der Querschnitt der Schlauchleitung zumindest im Eingriffsbereich durch ein vom Querschnitt des Widerlagers und jenem des Wälzkörpers gebildetes Profil umgriffen wird. Da eine Schlauchleitung von Natur aus flexibel ist, ist es vorteilhaft, diese in ein zum Wälzkörper hin offenes Profil einzubetten, den Wälzkörper mit einer zylindrischen Lauffläche zu versehen und insbesondere bei einem lenkbar ange ordneten Wälzkörper dessen Breite so zu wählen, daß er im Profil des Widerlagers geführt wird.

Leerseite -

Claims

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Einrichtung zur Umsetzung von Druckenergie in kinetische Energie

Ansprüche ~

!.""'Einrichtung zur Umsetzung von Druckenergie in kinetische Energie unter Verwendung einer an eine Druckquelle anschließbaren Schlauchleitung,

gekennzeichnet durch

eine Anordnung der Schlauchleitung (2, 10, 18, 24, 25) zwischen einem Widerlager (1, 13, 15, 34) und einer an der. Schlauchleitung abrollenden Abrollfläche eines Wälzkörpers (5, 11, 14, 30, 31, 32, 33) in der Weise, daß der lichte Querschnitt der Schlauchleitung in einem Bereich von deren Kontaktstelle mit dem Wälzkörper verschlossen ist

und durch

- Mittel (8) zur wahlweisen Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung wenigstens eines von der Kontaktstelle ausgehenden Trumes der Schlauchleitung.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Wälzkörper ein gegebenenfalls lenkbares Antriebsrad einer verfahrbaren Einrichtung ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager ein gegebenenfalls gekrümmtes, zum Wälzkörper hin offenes Hohlprofil ist.

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• Si'
4.. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager eine Walze mit zur Drehachse des Wälzkörpers paralleler Drehachse ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Profilen von Widerlager und Wälzkörper ein den Querschnitt der durch Quetschung zwischen Widerlager und Wälzkörper verschlossenen Schlauchleitung umgreifendes Profil gebildet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl nacheinander und periodisch den lichten Querschnitt einer ersten (24) und wenigstens einer zweiten (25) Schlauchleitung verschließender und an je einem Teilstück der Schlauchleitungen abrollender Wälzkörper (30, 31, 32, 33), welche drehbar an einer ihrerseits drehbar gelagerten Halterung (28) angeordnet sind.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden von der Kontaktstelle ausgehenden Trume der Schlauchleitung wahlweise mit Druck beaufschlagbar bzw. entlastbar ist und jeweils das eine Trum druckentlastet ist, wenn das andere unter Innendruck steht.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine in Abhängigkeit von der relativen Lage des/der Wälzkörper(s) zur Einrichtung angesteuerte Ventileinrichtung zur Druckbeaufschlagung bzw. -entlastung der Schlauchleitung(en) vorgesehen ist.