DE60015181T2

DE60015181T2 - Diamantförmiges fluidgelenk, system und motor

Info

Publication number: DE60015181T2
Application number: DE60015181T
Authority: DE
Inventors: David Stouffville Strain
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: US6782800B2; EP1240435A1; DE60015181D1; US20020178719A1; AU2336801A; CA2424712A1; CA2424712C; EP1240435B1; ATE280331T1; WO2001046594A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf fluidangetriebene Systeme und insbesondere auf flluidangetriebene Verbindungen und Motoren.
Hintergrund der Erfindung
In vielen hydraulischen oder pneumatischen Systemen ist ein Hauptzylinder oder eine Pumpe fluidisch an einen untergeordneten Zylinder angeschlossen, um Kraft oder Arbeit an einen entfernten Ort zu übertragen. Wenn Haupt- und untergeordnete Zylinder von ungleichen Durchmessern verwendet werden, kann die durch den untergeordneten Zylinder angewandte Kraft größer oder kleiner als die auf den Hauptzylinder angewandte Kraft sein. Auf gleiche Weise kann der Versatz des untergeordneten Zylinders größer oder kleiner als der Versatz des Hauptbremszylinders sein. Bei diesen Systemen besteht jedoch immer eine lineare Beziehung zwischen der Kraft oder dem Versatz des untergeordneten Zylinders und der Kraft oder dem Versatz des Hauptzylinders. Wenn eine Pumpe zum Antrieb eines untergeordneten Zylinders verwendet wird, steht die durch den untergeordneten Zylinder ausgeübte Kraft auf gleiche Weise in einer linearen Beziehung zu dem durch die Pumpe erzeugten Druck. Um eine andere Beziehung zu erreichen sind zusätzliche mechanische Verbindungen an einem Ende nötig. Auf gleiche Weise ist die Gestaltung von hydraulischen oder pneumatischen Antrieben bei Verwendung von zylindrischen Verbindungen durch solche linearen Beziehungen beschränkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine fluidangetriebene, vorzugsweise hydraulische Verbindung mit nichtlinearen Beziehungen zwischen (a) der Strömung, dem Volumen oder dem Druck des der Verbindung zugeführten Fluids und (b) dem Versatz der Verbindung oder der durch die Verbindung aufgebrachten Kraft bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zur Erzeu gung einer Fluidausgabe mit verglichen mit einer Fluideingabe geändertem Druck, Volumen oder Strömung bzw. Durchfluss. Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antrieb bzw. Motor bereitzustellen, der eine Verbindung wie obenstehend genannt verwendet. Diese Aufgaben werden durch die Kombination von in den unabhängigen Ansprüchen aufzufindenden Merkmalen, Schritten oder beidem gelöst, wobei die abhängigen Ansprüche weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung offenbaren. Es ist möglich, dass die folgende Zusammenfassung nicht alle notwendigen Merkmale der Erfindung beschreibt, die sich in einer Unterkombination der folgenden Merkmale oder in einer Kombination mit in anderen Teilen dieses Dokuments beschriebenen Merkmalen ergibt.
Gemäß eines ersten Aspekts stellt die Erfindung eine fluidangetriebene Verbindung mit zumindest drei Seiten im Wesentlichen gleicher Breite bereit, die miteinander über Verbindungsglieder verbunden sind, um ein Mehreck bzw. Polygon variabler Querschnittfläche auszuformen. Seitenplatten schließen ein variables Volumen innerhalb des Polygons ein bzw. umgeben es. Zumindest ein Anschluss lässt ein Eintreten oder Austreten eines Fluids in das bzw. aus dem umgebenen variablen Volumen in einer steuerbaren Art und Weise zu. Dichtungen verhindern, dass Fluid anders als durch den oder die Anschlüsse eintritt oder von dort austritt. Zwei Angrenzungen bzw. Anschläge befinden sich auf den Seiten oder Verbindungsgliedern, wobei der Abstand zwischen den beiden Angrenzungen nicht linear mit der, aber in der gleichen Richtung wie die variable Querschnittsfläche variiert bzw. sich ändert. Optional bildet eine Innenoberfläche einer oder mehrerer der Seiten eine Ausnehmung.
Bevorzugte Verbindungen haben einen Querschnitt in der Form einer Raute oder eines Rhombus mit variierenden Innenwinkeln oder einer Hälfte oder eines Viertels davon. Wenn der Querschnitt eine Raute ist, sind vier Seiten durch Gelenke verbunden. Die vier Seiten weisen überall gleiche Länge auf, wobei die Angrenzungen im Wesentlichen an den stumpfen Winkeln der Raute angeordnet sind. Im Einsatz reichen die stumpfen Winkel vorzugsweise von nahezu 180° bis etwa 135°. Eine bevorzugte Dichtung ist aus einem elastischen bzw. nachgiebigem Membran hergestellt, welches eine Kammer ausbildet, die volumenmäßig mit dem Ausdehnen oder dem Zusammenziehen des Membrans variiert bzw. schwankt.
Das Membran ist mit dem durch die Verbindung umgebenen, variablen Volumen angeordnet, wobei ein Anschluss das Innere der Kammer mit der Außenseite der Verbindung verbindet.
Gemäß eines weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Ausgangsfluids bzw. einer Fluidausgabe mit im Vergleich zu einem Eingangsfluid bzw. einer Fluideingabe geändertem Druck, Volumen oder Durchfluss. Die Vorrichtung weist eine Verbindung wie oben stehend beschrieben auf und einen in einem Zylinder beweglichen Kolben, um ein in dem Zylinder eingeschlossenes Volumen zu variieren. Ein Zylinderanschluss lässt ein Eintreten oder Austreten eines Fluids in das bzw. aus dem eingeschlossenen Volumen des Zylinders zu. Eine Stange zwischen einem der beiden Anschläge der Verbindung und dem Kolben bindet die Bewegung von dem einem an das andere an. Eines oder mehrere Beabstandungsglieder halten den anderen der beiden Anschläge der Verbindung in einer konstanten Beabstandung vom Zylinder. Vorzugsweise ist die Fläche des Kolbens gleich oder die geringfügig größer als die Fläche jeder Seite einer rautenförmigen Verbindung und kleiner als das doppelte der Fläche einer Seite der rautenförmigen Verbindung.
Gemäß eines weiteren Aspekts bezieht sich die Verbindung auf einen fluidangetriebenen Motor, der die oben stehend beschriebene Vorrichtung aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben.
1 ist eine schematische Vorderansicht eines Systems mit einer rautenförmigen Verbindung.
2 ist eine schematische Seitenansicht des Systems aus 1.
3 ist eine schematische Seitenansicht einer rautenförmigen Verbindung.
4 ist ein Versatz und Volumen für eine rautenförmige Verbindung vergleichendes Diagramm.
5a zeigt eine rechtwinklige Dreiecksverbindung.
5b zeigt eine Verbindung in der Form eines Zylinderssegments.
6a zeigt eine Gleichschenkel-Dreiecks-Verbindung, wobei die Basis des Dreiecks eine variable Länge aufweist.
6b zeigt eine Gleichschenkel-Dreiecks-Verbindung, wobei die Seiten des Dreiecks eine variable Länge aufweisten.
7 zeigt die Fluideingabe und -ausgabe eines Systems mit einer Gleichschenkel-Dreiecks-Verbindung und einer zylindrischen Verbindung.
8 ist eine schematische Darstellung des in einem Antrieb eingesetzten Systems der 1.
9 ist eine schematische Darstellung des Systems der 1 mit einer an einem Reservoir bzw. Speicher angeschlossenen Ausgabe.
10 ist eine schematische Darstellung des Systems der 1, dass zum Positionieren einer Last in Abhängigkeit von einem Druck in der rautenförmigen Verbindung verwendet wird.
11 ist eine isometrische Darstellung von wechselnden Seiten einer rautenförmigen Verbindung.
12 ist eine schematische Darstellung des Systems der 1 im Einsatz in einem weiteren Antrieb.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Nun bezugnehmend auf die 1 und 2 weist ein fluidangetriebenes System 10 eine rautenförmige Verbindung 12 und eine zylindrische Verbindung 14 auf, die durch eine Vollkörper-Stange 16 verbunden sind. Die rautenförmige Verbindung 12 hat vier Seiten 18, vorzugsweise von in etwa gleicher Länge und Fläche, die durch Verbindungsglieder 17 verbunden sind, welche vorzugsweise Gelenke 20 sind, so dass ein Seitenwinkel 22 von nahe 0° bis 90° schwanken kann. Vorzugsweise überschreitet der Seitenwinkel 22 jedoch 45° nicht, wobei die rautenförmige Verbindung offensichtlich weniger wirkungsvoll ist, wenn die Seitenwinkel 22 über den Punkt hinaus ansteigen, an dem die stumpfen Winkel des rautenförmigen Betätigungsglieds kleiner als etwa 135° sind. Seitenplatten 24 umschließen ein variables Volumen in den vier Seiten 18 der rautenförmigen Verbindung, verhindern jedoch eine Bewegung der Seiten 18 parallel zu den Seitenplatten 24 nicht. Das in der rautenförmigen Verbindung enthaltene Volumen ist von einer Membran 26 umgeben und abgedichtet, die in der rautenförmigen Verbindung 12 angeordnet ist. Die Membran 26 ist aus einem nachgiebigen Material hergestellt, wie beispielsweise Gummi, welches eine Kammer ausformt, die mit dem Ausdehnen oder Zusammenziehen der Membran volumenmäßig schwankt. Das Membran 26 ist vorgedehnt und mit einem Flüssigsilikon geschmiert, so dass es nur geringer Kraft bedarf, es auszudehnen, wenn es sich einmal in der rautenförmigen Verbindung 12 befindet. Ein dickeres Stück Gummi ist vorzugsweise zwischen den Gelenken 20 und der Membran 26 angeordnet, um eine Abnutzung des Membrans 26 zu verringern. Alternativ dazu kann ein System von hydraulischen Dichtungen eingesetzt werden, um das Membran 26 zu ersetzen, so dass die Seiten 18 und Seitenplatten 24 direkt eine Kammer bilden.
Eines der Gelenke 20 oder ein Teil einer Seite 18, der sehr nah einem der Gelenke ist, bildet einen unteren Anschlag bzw. eine untere Angrenzung 19, die im Wesentlichen an einem stumpfen Winkel der rautenförmigen Verbindung 12 angeordnet ist. Der untere Anschlag 19 und die Seitenplatten 24 sind an einer Grundplatte 28 angebracht, die es der rautenförmigen Verbindung 12 erlauben, an einer Maschine etc. angebracht zu werden.
Die zylindrische Verbindung 14 hat einen Kolben 30, der in einem Zylinder 32 abgedichtet aber verschiebbar an einer Montageplatte 34 angebracht ist. Da sich der Kolben 30 in dem Zylinder 32 bewegt, variiert er ein in dem Zylinder 32 eingeschlossenes Volumen. Ein Zylinderanschluss 31 lässt Fluid 39 aus dem bzw. in das eingeschlossene Volumen des Zylinders 33 austreten oder eintreten.
Die Stange bzw. das Pleuel 16 verbindet den Kolben 30 mit dem rautenförmigen Betätigungsglied an einem oberen Anschlag 21, der im Wesentlichen an einem stumpfen Winkel der rautenförmigen Verbindung 12 angeordnet ist. Eines oder mehrere Beabstandungsglieder 23 halten die Montageplatte 34 in einem konstanten Abstand von der Grundplatte 28 und halten dadurch den unteren Anschlag 19 in einem konstanten Abstand von dem Zylinder 32. Trotz der Verwendung der Begriffe unterer Anschlag 19 und oberer Anschlag 21 kann die rautenförmige Verbindung 12 auch in anderen Ausrichtungen als vertikal voneinander beabstandet angeordnet sein, wie beispielsweise horizontal mit horizontal voneinander beabstandeten unteren Anschlag 19 und oberem Anschlag 21. Auf gleiche Weise können die zylindrische Verbindung 14 und weitere Komponenten auf verschiedene Arten ausgerichtet sein.
Die Grundplatte 28 und die Montageplatte 34 sind relativ zueinander befestigt. Ein Fluid 36 strömt durch eine Einlassleitung 38, die in Verbindung mit dem Membran stehend abgedichtet ist und durch einen Anschluss 37 in die rautenförmige Verbindung 12, so dass das Fluid 36 die das variable Volumen der rautenförmigen Verbindung 12 umschließende Kammer der Membran 36 betreten oder verlassen kann. Das Membran 26 weist eine Dichtung um das variable Volumen der rautenförmigen Verbindung auf, welche verhindert, dass Fluid 36 in das oder aus dem variablen Volumen der rautenförmigen Verbindung anderswo als an dem Anschluss 37 ein- oder austritt. Da das Fluid 36 in die rautenförmige Verbindung 12 eintritt, zwingt es sie dazu zu öffnen, wobei der Seitenwinkel 22 und der Abstand zwischen dem unteren Anschlag 19 und dem oberen Anschlag 21, der das Pleuel 16 von der Grundplatte 28 wegstößt, vergrößert wird. Das Pleuel 16 stößt wiederum den Kolben 30 an, der Antriebsfluid 39 über eine Auslassleitung 40 aus der zylindrischen Verbindung 14 heraustreibt.
Bei dem fluidangetriebenen System 10 dient die zylindrische Verbindung 14 dazu, die Bewegung des Pleuels 16 von einer mechanischen Kraft in ein unter Druck gesetztes Volumen eines Antriebsfluids 39 umzuwandeln. Durch Auswählen eines größeren oder kleineren Durchmessers der zylindrischen Verbindung 14 kann der Druck oder Versatz des Antriebsfluids 39 in der Auslassleitung 40 ebenso verändert werden wie bei einem herkömmlichen hydraulischen oder pneumatischen System mit Haupt- und -untergeordnetem Zylinder. Diese Umwandlung ist jedoch natürlicherweise linear. Von vordringlichem Interesse ist dabei die Bewegung des Pleuels 16 verglichen mit der Strömung des Fluids 36 in die rautenförmige Verbindung 12.
Eine wichtige Eigenschaft ist die Beziehung zwischen dem Versatz des Pleuels 16 und dem Volumen des in die rautenförmige Verbindung 12 eintretenden Fluids 36, das der Volumenänderung in der rautenförmigen Verbindung 12 entspricht. Nun bezugnehmend auf 3 ist eine rautenförmige Verbindung 12 in vier Quadranten 42 eingeteilt. Die Seiten 18 der rautenförmigen Verbindung 12 haben eine Länge L und eine Breite W, wobei die Seite W sich aus dem Blatt in 3 heraus erstreckt. Jeder Quadrant 42 hat einen Winkel A, einen Versatz D und ein Volumen V. Dementsprechend (1) D = 2 · L · sin A; and, (2) V = 2 · W · sin A · L cos A.
Durch Wählen von verschiedenen Werten von A zwischen 0 und 45° kann ein Volumen und Versatz der rautenförmigen Verbindung 12 vergleichendes Diagramm gezeichnet werden. Ein derartiges Diagramm ist in 4 für eine rautenförmige Verbindung 12 der angegebenen Größe gezeigt. Bei sehr kleinen Volumen V sind Anstiege bei D nahezu proportional zu Anstiegen bei V. Bei größeren Volumen steigt D jedoch schneller als V.
Bezugnehmend auf die 1 und 2 bildet die Kombination einer rautenförmigen Verbindung 12 mit einer zylindrischen Verbindung 14 eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Fluidausgabe mit geänderten Druck-, Volumen- oder Strömungseigenschaften verglichen mit einer Fluideingabe. Bei einer derartigen Vorrichtung ist es bevorzugt, wenn das durch die zylindrische Verbindung für eine gewählte Bewegung des Pleuels 16 versetzte, bzw. verdrängte Volumen größer als das der rautenförmigen Verbindung 12 zum Erzeugen der gewählten Bewegung des Pleuels 16 hinzugefügte Volumen ist. Dies tritt über den gesamten Bewegungsbereich der rautenförmigen Verbindung 12 auf, wenn die Fläche des Kolbens 30 zumindest gleich der Fläche einer Seite 18 ist. Beispielsweise ist eine rautenförmige Verbindung 12 mit vier gleichen Seiten 18, jede 1 Inch (2,54 cm) bis 10 Inches (25,4 cm) groß, mit einem Kolben 16 an eine zylindrische Verbindung 14 mit einem Kolben 30 von 10 Quadrat-Inches (64,5 cm²) Fläche angeschlossen. Um 10 Kubik-Inches (164 cm³) in der zylindrischen Verbindung zu verdrängen muss das Pleuel 1 Inch (2,54 cm) bewegt werden, was durch ein Füllen der rautenförmigen Verbindung 12 mit gerade noch unter 10 Kubik-Inches (164 cm³) eines Fluids geeigneten Drucks erreicht werden kann. Um 70 Kubik-Inches (1150 cm³) Fluid in der zylindrischen Verbindung zu verdrängen, muss das Pleuel 7 Inches (17,8 cm) bewegt werden, was durch ein Füllen der rautenförmigen Verbindung 12 mit in etwa 65 Kubik-Inches (1070 cm³) Fluid geeigneten Drucks erreicht werden kann. Um 140 Kubik-Inches (2290 cm³) Fluid in der zylindrischen Verbindung zu verdrängen, muss das Pleuel um 14 Inches (35,6 cm) bewegt werden, was durch ein Füllen der rautenförmigen Verbindung 12 mit in etwa 100 Kubik-Inches (1640 cm³) Fluid geeigneten Drucks erreicht werden kann. Die Fläche des Kolbens 30 ist vorzugsweise kleiner als die doppelte Fläche einer Seite 18 und liegt besonders bevorzugt zwischen 1,0 und 1,1 mal der Fläche einer Seite 18.
Auch Verbindungen in der Form von einem oder zwei Quadraten 42 der rautenförmigen Verbindung 12 können gebaut werden und haben gleichartige Eigenschaften. Diese Verbindungen verwenden drei Seiten 18 (obgleich die Seiten 18 auch anders benamt werden können) und zumindest zwei Verbindungsglieder 17, die eine gleitende Verbindung bereitstellen. In 5a hat eine rechtwinklige Verbindung 44 eine einzige Seite 18 und eine Endplatte 46. Nuten 48 in den Seitenplatten 24 nehmen an den Enden der Seiten 18 angebrachte Stifte 50 auf und lassen ein Bewegen der Seite 18 zu, wie es ein einzelner Quadrant 42 des rautenförmigen Betätigungsglieds 12 ausführen würde. In 6a ist eine Gleichschenkel-Dreiecks-Verbindung 52 gezeigt, die zwei Seiten 18 mit Stiften 50 an ihren entfernten Enden aufweist. Die Gleichschenkel-Dreiecks-Verbindung 52 hat die Eigenschaften von zwei Quadranten 42 des genschaften von zwei Quadranten 42 des rautenförmigen Betätigungsglieds 12 und kann mit einem mit einer durchgezogenen Linie gezeigten Pleuel 16 oder mit einem mit einer gestrichelten Linie gezeigten Pleuel 16' eingesetzt werden.
Die 5b und 6b zeigen ähnliche Verbindungen. In 5b schwenkt ein erstes Ende einer Seite 18 um einem Gelenk 20, während ein zweites Ende der Seite 18 sich über einen Bogen dreht, wodurch eine Verbindung mit der Form eines Zylindersegments erzeugt wird. Eine Kurve 108 in der Endplatte 46 und eine Dichtung 110 halten das Membram 26 in der angemessenen Form. Diese Verbindung ist gleichartig zu der Verbindung in 5a, aber mit einer unterschiedlichen Beziehung von durch das Pleuel 16 erzeugtem Druck, Volumen und Kraft. Die Verbindung der 5a kann wirksamer sein, da sie keine internen Kräfte aufweist, die auf das zweite Ende der Seite 18 wirken. In 6b sind zwei Seiten miteinander über ein Gelenk 20 verbunden und mit der Grundplatte 28 über ein Linearlager 112, das an einem Drehzapfen 114 angeschlossen ist. Diese Verbindung ist gleichartig zu der in 6A, aber mit einer unterschiedlichen Beziehung von durch das Pleuel 16 erzeugtem Druck, Volumen und Kraft, da die Seiten 18 eher als die Basis des Dreiecks eine variierende Länge aufweisen.
Nun bezugnehmend auf 7 hat ein zweites fluidangetriebenes System 54 eine Gleichschenkel-Dreiecks-Verbindung 52, die durch ein Pleuel 16 mit einer zylindrischen Verbindung 14 gekoppelt ist. In dem speziellen gezeigten Beispiel sind die Seiten 18 der Gleichschenkel-Dreiecks-Verbindung 52 10 Inches (54,4 cm) lang und 1 Inch (2,54 cm) breit für eine Fläche von 10 Quadrat-Inches (64,5 cm²). Die Querschnittsfläche der zylindrischen Verbindung 14 beträgt ebenfalls 10 Quadrat-Inchen (64,5 cm²). Das Volumen und der Versatz der Gleichschenkel-Dreiecks-Verbindung 52 und der zylindrischen Verbindung sind an verschiedenen Punkten des Versatzes des Pleuels 16 gezeigt. An jedem dieser Versatzpunkte wird das durch die zylindrische Verbindung 14 verdrängte Volumen an angetriebenen Fluid 39 mit dem Volumen von Fluid 36 verglichen, das in die Gleichschenkel-Dreiecks-Verbindung 52 eintritt. Wie durch 4 nahegelegt steigt das Volumen an angetriebenen Fluid 39, welches das zweite fluidangetriebene System 54 verlässt, schneller an als das Volumen von Fluid 36, dass in das zweite fluidangetriebene System 54 eintritt, und zwar mit zunehmendem Ansteigen des Versatzes.
Nun bezugnehmend auf 8 weist ein Motor 56 rautenförmige Verbindungen 12 auf, die mit zylindrischen Verbindungen 14 wie in 1 gezeigt gekoppelt sind. In dem gezeigten Beispiel haben die rautenförmigen Verbindungen 12 jeweils ein Maximalvolumen von 100 Kubik-Inches (1640 cm³), einen maximalen Versatz von 14 Inches (35,6 cm) und Federn 57, um sie in eine nahezu volumenlose Position zurückzubringen. Die zylindrischen Verbindungen 14 haben eine Fläche von 10 Quadrat-Inches (64,5 cm²) und bewegen infolge dessen 140 Kubikinches (2290 cm³) an Flüssigkeit, wenn sie durch die rautenförmigen Verbindungen 12 betätigt werden. Verbindungen anderer Größen können verwendet werden, das Volumen des durch eine zylindrische Verbindung 14 bewegten Fluids ist jedoch größer als das Maximalvolumen seiner entsprechenden rautenförmigen Verbindung. Der Motor 56 hat auch Rückschlag- bzw. Sperrventile 58, normalerweise geschlossene Ventile 60 (die öffnen, wenn sie gedrückt werden), und hydraulische Betätigungsglieder 62. Die hydraulischen Betätigungsglieder 62 haben Innenfedern, die einen Kolben sowie an dem Kolben angebrachte Plunger bzw. Kolbenschieber antreiben, um die normalerweise geschlossenen Ventile 60 auszulösen. Die hydraulischen Betätigungsglieder 62 sind in Paaren mit einem bezogen auf die mittlere Kraft der Innenfeder-Hochbereichs-Betätigungsglied 64 und einem Niederbereichs-Betätigungsglied 66 vorgesehen. Trotz des Unterschieds der Durchschnittskraft ihrer Innenfedern überlappen der Kraftbereich des Hochbereichs-Betätigungsglieds 64 und des Niederbereich-Betätigungsglieds 66. Beispielsweise sind Hochbereichs-Betätigungsglieder 64 mit einer von 5 – 10 Pfund (22,2 – 44,5 N Kraft über ihren Hubbereich variierenden Feder und entsprechende Niederbereich-Betätigungsglieder 66 mit einer von 3 – 7 Pfund (13,3 – 31,1 N) Kraft über ihren Hubbereich variierenden Feder geeignet zum Einsatz mit den obenstehend beschriebenen Verbindungen. Vorzugsweise verdrängen die Hochbereichs-Betätigungsglieder 64 ein Volumen gleich dem Maximalvolumen der nächsten stromabgelegenen, rautenförmigen Verbindung 12, wenn sie sich über ihren Hubbereich bewegen. Besonders bevorzugt verdrängen die Niederbereich-Betätigungsglieder 66 bei der Bewegung über ihren Hubbereich ein Volumen gleich der Differenz zwischen dem durch die nächste, stromabgelegene, zylindri sche Verbindung 14 bewegten Fluidvolumen und dem Maximalvolumen der nächsten stromabgelegenen, rautenförmigen Verbindung 12. In dem Motor 56 sind ebenfalls Absperrventile 68, ein Startventil 70, ein Einlass 72 für unter Druck stehendes Fluid, Turbinen 74, um Energie aus dem Motor 56 zu entnehmen, und ein Auslass 76 vorgesehen.
Um den Motor 56 zu betreiben wird ein erstes Paar 78 von Betätigungsgliedern 62 mit unter Druck stehendem Fluid vom Einlass 72 bis zu ihrer Aufnahmefähigkeit bzw. bis zu ihrem Fassungsvermögen befällt und das System befällt und entlüftet. Wenn das Startventil 70 geöffnet wird, füllt das erste Paar 78 von Betätigungsgliedern 62 die nächste stromabgelegene, rautenförmige Verbindung 12, wodurch diese auf ihr Maximalvolumen ausgedehnt wird. Überschüssiges Fluid fließt über eine Bypass-Leitung 84, wie dies durch die relevanten Ventile 60 erlaubt wird, da diese offen sind. Da sich das rautenförmige Betätigungsglied 12 füllt verdrängt es angetriebenes Fluid 39 in der entsprechenden zylindrischen Verbindung 14, wodurch ein zweites Paar 80 von Betätigungsgliedern 62 gefüllt wird, wobei das Hochbereichs-Betätigungsglied 64 zuerst gefüllt wird. Wenn das zweite Paar 80 von Betätigungsgliedern 62 gefüllt wird, werden Ventile 60 geöffnet, wodurch ein Pfad für Fluid in der Bypass-Leitung 84 geöffnet wird und es den Federn 57 gestattet wird, die rautenförmige Verbindung 12 zurückzuziehen. Bevor Flüssigkeit aus dem zweiten Paar 80 von Betätigungsgliedern 62 freigegeben wird, wird jedoch die zylindrische Verbindung 14 mit Flüssigkeit 36 aus der rautenförmigen Verbindung 12 gefüllt und die überschüssige Flüssigkeit aus dem ersten Paar 78 von Betätigungsgliedern 62, da es sich gleichzeitig zurückzieht. Wenn die zylindrische Verbindung 14 einmal gefüllt ist, wird das zweite Paar 80 von Betätigungsgliedern 62 entriegelt bzw. freigegeben, um Flüssigkeit durch eine Turbine 74 strömen zu lassen, die mechanische oder elektrische Energie erzeugt. Wenn die Flüssigkeit einmal durch die Turbine 74 strömt, wird sie durch einen Auslass 76 freigegeben, vorzugsweise mit Minimaldruck oder -geschwindigkeit. Alternativ dazu kann die durch die Turbine 74 strömende Flüssigkeit dazu verwendet werden, ein zweites rautenförmiges Betätigungsglied 12 wie gezeigt anzutreiben.
Nun bezugnehmend auf 9 ist eine rautenförmige Verbindung 12 wie in 1 und 8 mit einer zylindrische Verbindung 14 gekoppelt. Der Auslass der zy lindrischen Verbindung 14 ist jedoch an einen Speichertank 86 angeschlossen. Der Speichertank 86 hat eine große horizontale Querschnittsfläche, so dass ein angetriebenes Fluid 39 (welches in diesem Beispiel eine Flüssigkeit ist) darin eine nahezu konstante Höhe hat, und zwar trotz Bewegung von angetriebenem Fluid 39 durch die Verbindungen. Ein derartiger Speichertank 86 kann anstatt der Betätigungsgliedern 62 stromab einer zylindrischen Verbindung 14 in 8 verwendet werden, um einen noch konstanteren Druck gegen die angetriebene Flüssigkeit 39 bereitzustellen. Dies lindert einen Nachteil der Betätigungsgliedern 62, dass die zum Füllen der Betätigungsglieder 62 benötigte Kraft mit dem Versatz ansteigt. Im Gegensatz dazu sinkt die durch das rautenförmige Betätigungsglied 12 erzeugte Kraft in dem Pleuel 16 mit dem Versatz für einen gegebenen Druck der Flüssigkeit 36. Vorteilhaft benötigt eine sehr hohe bzw. schlanke zylindrische Verbindung 14 mit einer sehr kleinen horizontalen Querschnittsfläche, wie in der Anordnung der 8 verwendet, weniger Kraft, um angetriebene Flüssigkeit 39 in den Speichertank 36 zu bewegen, wenn der Versatz ansteigt.
Beispiel 1
Nun bezugnehmend auf 10 wird eine rautenförmigen Verbindung 12 verwendet, um eine hängende Masse 88 von 50 Pfund (22,7 kg) zu positionieren. In diesem Fall wird die rautenförmigen Verbindung 12 jedoch durch Druckluft angetrieben. Ein Luftkompressor 90 fördert unter Druck gesetzte Luft (wenn nötig über geeignete Reduzierventile und Drosseln) zu einem Einlassrohr bzw. zu einer Einlassleitung 38. Ein Luftdruckmessgerät 92 und eine Drucksteuerung 94 (zum Abzapfen von Luft aus der Einlassleitung 38 betätigbar) werden verwendet, um einen Druck in der rautenförmigen Verbindung 12 zu steuern und zu messen. Das Pleuel 16 ist durch ein Linearbewegungslager 96 abgestützt und an einem Kabel bzw. Seil 98 befestigt, das um eine Riemenscheibe 100 geschlungen ist, so dass das Kabel 98 sehr gut parallel zum Pleuel 16 verläuft, bevor es die Riemenscheibe 100 berührt. Der Rest des Kabels 98 hängt nach unten und ist an der Masse 88 befestigt. Eine Skala 102 misst den Versatz des Pleuels 16 und der Masse 88. Die Seiten 18 der rautenförmigen Verbindung 12 sind 9 Inches lang (22,9 cm) und 2,625 Inches breit (6,668 cm). Ein Anschlag 104 verhindert, dass der Gesamtversatz 106 weniger als 1,938 Inches (4,923 cm) beträgt. Luftdrücke von weniger als 5 pst (3,45×10⁴Pa) wurden verwendet. Das Messgerät 92 ist als bis auf 0,05 pst (3,45 Pa) genau ausgewiesen und alle Messungen sind relativ zum atmosphärischen Druck.
Bei einem Druck von 1,2 pst (8,27 × 10³ Pa) fing das Pleuel 16 (und die Masse 88) an, sich zu bewegen und schob sich um ein 32 Inches (0,394 cm) vor. Der Druck wurde um 2,5 pst (1,72 × 10⁴ Pa) erhöht und das Pleuel 16 bis zu einem Versatz von 1 15/16 Inches (4,92 cm) bewegt. Der Druck wurde auf 1,75 pst (1,21 × 10⁴ Pa) abgesenkt und das Pleuel 16 bis zu einem Versatz von 1 9/16 Inches (3,97 cm) bewegt. Der Druck wurde auf 2,05 pst (1,41 × 10⁴ Pa) erhöht und das Pleuel bis zu einem Versatz von 1 5/8 Inches (4,13 cm) bewegt. Die Masse 88 war bei allen diesen Positionen. Im Vergleich dazu würde mit einer zylindrische Verbindung ein Halten der Masse in einer steten Position nur bei einer Druckeinstellung auftreten und ein sehr genaues Druckhalten erfordern. Um die Masse 88 zu bewegen, wäre eine präzise, momentane Aufbringung eines unterschiedlichen Drucks und anschließend eine Rückkehr zu genau der ersten Druckeinstellung nötig.
Beispiel 2
Eine durch einen Luftkompressor angetriebene Dreiecksverbindung wie in 6B gezeigt wurde durch ein Pleuel an einen Vier-Inch 10,2 cm – Niederreibungs-Pneumatik-Aktuator bzw. -Betätigungsglied angeschlossen, der durch einen zweiten Kompressor bei 10,75 psig (7,41 × 10⁴ Pa) oder einer Gesamtkraft von 135 Pfund Kraft (601 N) gespeist wurde. Unterschiedliche Seiten 18A, B, C wie in 11 gezeigt wurden verwendet. Die Seiten 18B und 18C weisen Höhlungen oder Ausnehmungen 120 auf, die in die das Membram berührenden Bleche geschnitten sind. Mit Seite C wurde ein Schlauch vom Luftkompressor an das Membran in Berührung mit Seite 18 CI angeschlossen sowie ein zweiter Schlauch an ein zweites Membran in Berührung mit der Innenhöhlung der Seite 18 CII. Das zweite Membran im Inneren der Seite 18 CII war nicht in Berührung mit dem Membram, das die Seite 18 CI berührt. Beide Schläuche hatten eine gemeinsame Luftdruckquelle.
Für jede Seite 18 wurde zunächst ohne Druck in dem Membran und bei parallel zueinander ausgerichteten Seiten 18 die Verbindung erstellt. Druck in dem Membran wurde solange gesteigert, bis die Seiten 18 gegen das pneumatische Betätigungsglied verschoben wurden. Mit Seite 18A begann sich das Betätigungsglied mit einem Druck von 6 – 7 psig (4,14 × 10⁴ bis 4,83 × 10⁴ Pa) in der Verbindung zu bewegen. Mit Seite 18B begann sich das Betätigungsglied mit einem Druck von 3,5 – 4 psig (2,41 × 10⁴ bis 3,76 × 10⁴ Pa) in der Verbindung zu bewegen. Mit Seite 18 C begann sich das Betätigungsglied mit einem Druck von 2 – 2,5 psig (1,38 × 10⁴ bis 1,72 × 10⁴ Pa) in der Verbindung zu bewegen.
Beispiel 3
Eine rautenförmigen Verbindung wurde vertikal angebracht, um so einen obersten und einen untersten Anschlag zu haben, die an den stumpfen Winkeln der rautenförmigen Verbindung und vertikal übereinander angeordnet sind. Jede Seitenplatte der rautenförmigen Verbindung hatte 9,125 Inches (23,2 cm) × 2,625 Inches (6,67 cm) oder ca. 23,95 Kubik-Inches (155 cm³) Fläche. Der unterste Anschlag war gegen eine fixierte und feste Plattform gesichert. Ein Pleuel erstreckte sich von dem obersten Anschlag aufwärts. Eine Skala wurde verwendet, um das Pleuel und die rautenförmigen Verbindung zeitweise mit einem geringfügigen Versatz zu halten, wobei der unterste Anschlag immer noch an der Plattform gesichert war. Die Skala erfasste ein Gewicht von 10 Pfund (4,54 kg) und wurde anschließend freigegeben. Einzeln gewogen wiegt die rautenförmigen Verbindung 4,2 Pfund (1,91 kg) und das Pleuel 4,9 Pfund (2,22 kg). Eine zusätzliche 50 Pfund-Masse (22,7 kg) wurde an der Spitze des Pleuels angeordnet. Druckluft wurde über einen Druckreduzierer und Steuerventile in das rautenförmigen Betätigungsglied gespeist. Der Messdruck der Luft innerhalb der rautenförmigen Verbindung wurde in Inches-Wassersäule gemessen und die folgenden Ergebnisse wurden aufgezeichnet.

Näherungsweiser Messdruck in Inches (cm) Versatz des Pleuels in Inches

Wassersäule (cm)

56(142) 1(2,54)

59(150) 2(5,08)

61(155) 2.4(6,10)

62(157) 2.5(6,35)

63(160) 2.7(6,86)

66(168) 2.9(7,37)
Genau gesagt betrug bei einem Versatz des Pleuels von 2.5 Inches (6,35 cm) der Messdruck 61,8 Inches (156,0cm) Wassersäule und das Innenvolumen der rautenförmigen Verbindung 59,3 Kubik-Inches (972 cm³).
Beispiel 4
Die Vorrichtung von Beispiel 3 wurde wie in Beispiel 3 beschrieben verwendet, mit Ausnahme dessen, dass unterschiedliche Luftdrücke angewandt wurden. Bei 30 Inches (76,2cm) Wassersäulemessdruck wurde das Pleuel um 0,02 mm versetzt. Messdrücke von 51,54,57 und 59 Inches (130, 137, 145, 150 cm) Wassersäule erzeugten jeweils einen Versatz von 0,4, 0,5, 0,6 und 0,8 mm. Die obersten beiden Seiten der rautenförmigen Verbindung wurden anschließend entfernt und ihre Innenflächen gefräst, um eine Innenoberfläche zu erstellen, die Ausnehmungen umgrenzt. Die Vorrichtung wurde anschließend wieder zusammengebaut. Nach dem Wiederzusammenbau erzeugte ein Messdruck von 24 Inches (61,0 cm) Wassersäule einen Versatz von 0.02 mm Messdrücke von 51, 54, 57 und 59 Inches (130, 137, 145, 150 cm) Wassersäule erzeugten jeweils einen Versatz von 0,7, 0,8, 0,9 und 1,1 mm. Das heißt, dass jeweils ein größerer Versatz erzeugt wurde, als der bei gleichem Druck erzeugte Versatz bevor die Seiten vertieft wurden.
Beispiel 5
12 zeigt eine schematische Darstellung eines hydraulischen Motors 199. Eine rautenförmige Verbindung 12 mit Seiten von 7,5 Inches (19,1cm · 1,6 Inches) (4,06 cm) und einer Querschnittsfläche von 12,4 Quadrat-Inches (77,4 cm²) ist mit ihrem oberen Anschlag 21 horizontal von ihrem unteren Anschlag 19 beabstandet ausgerichtet. Der obere Anschlag 21 ist durch ein Pleuel 19 mit einer zylindrischen Verbindung 14 verbunden, die horizontal ausgerichtet ist und sich auf gleicher Hö he wie die rautenförmigen Verbindung 12 befindet. Ein oder mehrere Beabstandungsglieder (nicht gezeichnet) halten den unteren Anschlag 19 der rautenförmigen Verbindung 12 in einem konstanten Abstand von einem Zylinder 32 der zylindrische Verbindung 14. Der Aufbau des hydraulischen Motors 199 basiert darauf, dass die Fläche der Seiten 18 der rautenförmigen Verbindung 12 gleich oder etwas kleiner als die Fläche des Kolbens 30 der zylindrischen Verbindung 14 ist. In diesem Beispiel wird dies dadurch erreicht, dass der Kolben 30 eine Fläche von 12,6 Quadrat-Inches (81,3 cm²) oder eine 1,5 % größere Fläche als jede der Seiten 18 aufweist.
Ein Zylinderanschluss 31 steht mit einem normalerweise geschlossenen (das heißt, dass es geschlossen bleibt, bis es erregt wird) ersten Magnetventil 210 und einem ersten Magnetschaltventil 211 in Verbindung. Die Magnetschaltventile sind in 12 mit einem gemeinsamen („D"), einem normalerweise geschlossenen („NT") und einem normalerweise offenen („NO") Anschluss gezeigt. Wenn nicht erregt lassen diese Ventile eine Strömung vom D- zum NO-Anschluss zu. Wenn erregt lassen diese Ventile eine Strömung vom D- zum NT-Anschluss zu. In keiner Stellung ist eine Strömung vom NO- zum NT -Anschluss zugelassen.
Das erste Magnetventil 210 steht in Verbindung mit einem Puffertank 209, der durch eine Druckluftversorgung 140 unter Druck gesetzt wird, welche über ein erstes Druckreduzierventil 200 und ein erstes Handventil 204 wirkt. Das erste Magnetventil 210 steht auch mit einem ersten Rückschlagventil 215 in Verbindung (welches nur in der Pfeilrichtung eine Strömung zulässt) sowie mit dem gemeinsamen Anschluss des zweiten Magnetschaltventils 312. Der normalerweise geschlossene Anschluss des ersten Magnetschaltventils 211 steht mit dem normalerweise geöffneten Anschluss des zweiten Magnetschaltventils 212 in Verbindung. Der normalerweise geschlossene Anschluss des zweiten Magnetschaltventils 212 steht mit dem normalerweise geschlossenen Anschluss eines dritten Magnetschaltventils 213 in Verbindung. Der normalerweise geöffnete Anschluss des ersten Magnetschaltventils 211 steht mit dem normalerweise geöffneten Anschluss eines dritten Magnetschaltventils 213 in Verbindung. Der gemeinsame Anschluss des dritten Magnetschaltventils 213 steht mit einem zweiten Handventil 208 in Verbindung, welches mit dem Anschluss 37 der rautenförmigen Verbindung 12 in Verbindung steht. Der gemeinsame Anschluss des dritten Magnetschaltventils 213 steht auch mit einem normalerweise geöffneten zweiten Magnetventil 214 in Verbindung, welches wiederum mit einem zweiten Rückschlagventil 216 in Verbindung steht. Das erste Rückschlagventil 215 und das zweite Rückschlagventil 216 stehen miteinander und mit einem zweiten zylindrischen Anschluss 331 einer zweiten zylindrische Verbindung 314 in Verbindung.
Ein zweiter Kolben 330 der zweiten zylindrische Verbindung 314 ist mit einem zweiten Pleuel 316 verbunden. Ein zweiter Zylinder 332 der zweiten zylindrische Verbindung 314 streicht über ein Volumen von ca. 7,4 Kubik-Inches (121 cm³). Wenn der zweite Zylinder 332 an seinem untersten Volumen ist berührt das zweite Pleuel 316 ein normalerweise geschlossenes erstes Druckknopfventil 218 und öffnet es. Wenn es offen ist entlüftet das erste Druckknopfventil 218 den gemeinsamen Anschluss eines zweiten Druckknopfventils 219 und den Führungszapfen eines Luftventils 220 zu Atmosphäre hin. Ohne Druckluft auf dem Führungszapfen des Luftventils 220 wird der gemeinsame Anschluss des Luftventils 220 über den normalerweise offenen Anschluss des Luftventils 220 zu Atmosphäre hin entlüftet. Wenn Druckluft dem Führungszapfen des Luftventils 220 zugeführt wird, kann Luft vom gemeinsamen Anschluss zum normalerweise geschlossenen Anschluss strömen. Wenn der zweite Zylinder 332 an seinem höchsten Volumen ist berührt das zweite Pleuel 316 ein normalerweise geschlossenes zweites Druckknopfventil 319 und öffnet es. Der gemeinsame Anschluss des zweiten Druckknopfventils 219 steht mit dem Führungszapfen des Luftventils 220 in Verbindung, solange der normalerweise geschlossene Anschluss des zweiten Druckknopfventils 219 über ein zweiten Druckreduzierventil 225 mit einer zweiten Druckluftzufuhr 142 in Verbindung steht. Die zweite Druckluftzufuhr 142 steht über einen dritten Druckregler 202 ebenfalls mit dem normalerweise geschlossenen Anschluss des Luftventils 220 in Verbindung. Der gemeinsame Anschluss des Luftventils 220 steht mit einem abgedichteten Volumen der zweiten zylindrischen Verbindung 314 auf der trockenen Seite der zweiten zylindrische Verbindung 314 in Verbindung, welche sich auf der dem zweiten Kolben 330 des zweiten Zylinders 332 gegenüberliegenden bzw. entgegengesetzten Seite befindet.
An dem Pleuel 16 ist eine Verbindung 227 angebracht. Wenn sich die rautenförmigen Verbindung 12 an ihrem untersten Volumen von ca. 12,2 Kubik-Inches (200 cm³) befindet berührt die Verbindung 227 einen normalerweise geöffneten Druckknopfschalter 223 und einen normalerweise geöffneten ersten Endschalter 221. Wenn sich die rautenförmige Verbindung 12 an ihrem höchsten Volumen von ca. 15,7 Kubik-Inches (257 cm³) befindet berührt die Verbindung 227 einen normalerweise geschlossenen zweiten Endschalter 222. Eine Rückholfeder 226 dehnt sich mit dem Volumenanstieg der rautenförmigen Verbindung 12 aus und zieht die rautenförmigen Verbindung 12 auf ihr niederstes Volumen zurück, wenn Druck auf den Anschluss 37 der rautenförmigen Verbindung 12 abgebaut bzw. freigegeben wird. Ein Steuerrelais 224 und Steuerrelaiskontakte 230 sind vorgesehen. Die verschiedenen elektrischen Komponenten sind wie in der oberen linken Ecke der 12 gezeigt zu einer Schaltung verdrahtet.
Nachdem die Komponenten wie oben stehend beschrieben zusammengebaut werden wird der hydraulische Motor 199 mit Hydraulikfluid gefüllt und die gesamte Luft entlüftet. Wenn die rautenförmigen Verbindung 12 an ihrem Minimalvolumen ist enthält die zylindrische Verbindung 14 ca. 50 Kubik-Inches (819 cm³) Fluid, der Puffertank ca. 2,5 I Fluid, wobei die zweite zylindrische Verbindung 314 im Wesentlichen leer ist. Ein zweites Handventil 208 ist geschlossen, um zu verhindern, dass der hydraulische Motor startet, solange das zweite Handventil 208 nicht geöffnet ist. Der hydraulische Motor 199 kann in jeder Stellung gestartet werden, wird aber beispielhaft als startend bei der rautenförmigen Verbindung 12 an ihrem niedersten Volumen und bei der den ersten Knopfschalter 223 und den ersten Endschalter 221 verschlossen haltenden Verbindung 227 beschrieben.
Der Puffertank 209 wird über das erste Druckreduzierventil 200 unter Druck gesetzt, indem das erste Handventil 204 geöffnet wird. Nachdem der Puffertank 209 unter Druck gesetzt ist, wird das erste Handventil 204 geschlossen. Das erste Druckreduzierventil 200 (das heißt der Druck in dem Puffertank 209) steuert die Betriebsgeschwindigkeit und die Kraft- bzw. Leistungsabgabe des hydraulischen Motors 199. Je höher die Druckeinstellung des ersten Druckreduzierventils 200, um so mehr Kraft bzw. Leistung wird erzeugt. In diesem Beispiel wurde der hydraulische Motor 199 mit dem Anfangs auf Drücke von 55 Psig (3,79 · 10⁵ Pa) – 85 Psig (5,86 · 10⁵ Pa) eingestellten Puffertank 209 betrieben, wobei jedoch ein höherer Druck bis zur mechanischen Grenze der Komponenten des hydraulischen Motors bevorzugt ist. Das dritte Druckreduzierventil 202 ist für 20 Psig (1,38 · 10⁵ Pa) oberhalb der Einstellung des ersten Druckreduzierventils 200 eingestellt. Das zweite Druckreduzierventil 225 ist eingestellt, um die Führungszapfen-Anforderungen des Luftventils 220 zur erfüllen, ohne das Luftventil 220 zu beschädigen. In diesem Beispiel ist das zweite Druckreduzierventil 225 auf ca. 95 des Drucks in dem Speichertank 209 eingestellt.
Um den Hydraulikmotor 199 zu betreiben wird ein Spannungswert von 24 Volt auf die elektrische Schaltung aufgebracht und das zweite Handventil 208 geöffnet. Die Kontakte des Druckknopfschalters 223 sind geschlossen, wodurch das Relais 224 betätigt und veranlasst wird, die Steuerrelaiskontakte 230 auf geschlossen zu setzen, um Ventile 210, 212, 213 und 214 auch noch nachdem der Druckknopfschalter 223 seine Kontakte öffnet erregt zu halten. Hydraulikfluid in dem Speichertank 209 steht in Verbindung mit der rautenförmigen Verbindung 12 und dem Zylinder 32 der zylindrische Verbindung 14 und setzt diese unter Druck. Eine kleine Fluidmenge kann in die rautenförmigen Verbindung strömen, da sich ihr Membran zusammenzieht. Der Speichertank 209 bewirkt, dass hydraulisches Fluid mit einem konstanten Druck auf den Anschluss 37 und den Zylinderanschluss 31 angewandt wird. Die am oberen Anschlag 21 der rautenförmigen Verbindung 12 erzeugte Gesamtkraft drückt Pleuel 16 nach vorne, um den Kolben 30 dazu zu drängen, Fluid aus der zylindrischen Verbindung 14 zu verdrängen. Die Verbindung 227 dringt vor, wodurch bewirkt wird, dass Druckknopfschalter 223 und erster Endschalter 221 ihre Kontakte öffnen. Wie oben stehend erwähnt bleiben Ventile 210, 212, 213 und 214 erregt. Verdrängtes Fluid strömt von der zylindrische Verbindung 14 über erstes Magnetventil 210, zweites Magnetschaltventil 212, drittes Magnetschaltventil 213 und zweites Handventil 208 in die rautenförmigen Verbindung 12. Jede Volumendifferenz des aus der zylindrische Verbindung 14 verdrängten und in die rautenförmigen Verbindung strömenden Fluids wird durch den Speichertank 209 ersetzt. Die rautenförmigen Verbindung 12 fährt fort, sich mit hydraulischem Fluid zu füllen, bis die Verbindung 227 die Kontakte des zweiten Endschalters 222 öffnet.
Ein Öffnen der Kontakte des zweiten Endschalters 222 entmagnetisiert bzw. enterregt Ventile 210, 212, 213 und 214 sowie Steuerrelais 224. Ein Öffnen von Steuerrelaiskontakten 230 bewirkt, dass Ventile 210, 212, 213 und 214 in ihrer ent-erregten Stellung bleiben. Dies isoliert den Speichertank 209 von der rautenförmigen Verbindung 12, der zylindrischen Verbindung 14 und der zweiten zylindrischen Verbindung 314. Wenn das zweite Magnetventil 214 öffnet, befreit es die rautenförmigen Verbindung 12 und die zylindrische Verbindung 14 dadurch von Druck, dass ein sehr kleines Fluidvolumen zum Eintreten in die zweite zylindrische Verbindung 314 zugelassen wird. Die Menge des in die zweite zylindrische Verbindung 314 eintretenden Fluids hängt teilweise von der Elastizität des Membrans der zylindrischen Verbindung 314 ab. In diesen Beispiel erreichte die zweite zylindrische Verbindung 314 alle zwei oder drei Zyklen ihr Maximum. Die Rückholfedern 326 können dann die rautenförmige Verbindung 12 und die zylindrische Verbindung 14 zu ihrem Ausgangspunkt zurückziehen.
Da sich die rautenförmigen Verbindung 12 zurückzieht (das heißt volumenmäßig absinkt) wird die zylindrische Verbindung 14 mit vorher in der rautenförmigen Verbindung 12 gehaltenem Fluid gefüllt. Eine kleine Differenz zwischen dem die rautenförmige Verbindung 12 verlassenen und in die zylindrische Verbindung 14 eintretenden Volumen wird zeitweise durch die Elastizität des Membrans der rautenförmigen Verbindung 12 kompensiert. Da sich die Verbindung 227 ihrer Ausgangsstellung annähert, schließt danach Endschalter 221 seine Kontakte um erstes Magnetschaltventil 214 zu erregen, um es dem in dem Speichertank 209 gespeicherten überschüssigen Volumen zu erlauben, in die zylindrische Verbindung 14 zurückzukehren. Wenn mehr oder schnellere Kompensation benötigt wird können alternative Mittel zum Verbinden des Speichertanks 209 mit der zylindrischen Verbindung 14 ausgearbeitet werden. Wenn die zylindrische Verbindung 14 vollständig wiederbefüllt wurde schließt Druckknopfschalter 223 (welcher von der Verbindung 227 nach dem Berühren von erstem Endschalter 221 leicht berührt wird) seine Kontakte wieder, wonach sich der Zyklus wiederholt.
Wie oben stehend erwähnt nimmt die zweite zylindrische Verbindung mit jedem Zyklus Fluid auf. Nach einer Anzahl von Zyklen bewegt sich das zweite Pleuel 316 zum zweiten Druckknopfventil 219 hin und berührt es, welches seinen pneumati schen Anschluss öffnet, um unter Druck gesetzte Luft zum Führungszapfenanschluss des Luftventils 220 durchzulassen. Luftventil 220 lässt komprimierte Luft auf die trockene Seite der zweiten zylindrischen Verbindung 314 bei einem Druck von ca. 20 Psig (1,38 · 10⁵ Pa) über dem Druck des Speichertanks 109 durch. Zweites Rückschlagventil 216 verhindert aber, dass das aus der zweiten zylindrischen Verbindung 314 strömende Fluid durch zweites Magnetventil 214 zurückströmt. Erstes Rückschlagventil 215 lässt es zu, dass das Fluid aus der zweiten zylindrischen Verbindung 314 in den Speichertank 209 strömt, um für zukünftige Zyklen gespeichert zu werden. Wenn die zweite zylindrische Verbindung 314 leer ist, stößt das zweite Pleuel 316 den Kolbenschieber des ersten Druckknopfventils 218 an, um das Führungszapfensignal an das Luftventil 220 zu entfernen. Dies setzt den Druck von der trockenen Seite der zweiten zylindrischen Verbindung 314 frei, um es der zweiten zylindrischen Verbindung 314 zu erlauben, Fluid zu empfangen, um die rautenförmigen Verbindung 12 und die zylindrische Verbindung 14 in zukünftigen Zyklen von Druck zu entlasten. Alternativ dazu können andere hydraulische Pumpmechanismen verwendet werden, um das Fluid, welches in diesem Beispiel in die zweite zylindrische Verbindung eintritt, in den Speichertank 209 zurückzuführen.
Der hydraulische Motor 199 wurde über viele Zyklen betrieben, wobei jeder Zyklus ca. 15 – 20 Sek. dauerte.
Es ist selbstverständlich, dass das Beschriebene bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind. Die Erfindung kann trotz den gewissen Änderungen und alternativen Ausführungsformen im Rahmen der unten stehenden Ansprüche unterzogen werden. Beispielsweise ist die Erfindung trotz dessen, dass die Ausdrücke „hydraulisch" oder „pneumatisch" an Stellen und bei Beispielen möglicherweise verwendet und möglicherweise einen Betrieb mit unter Druck gesetzten Gasen oder Flüssigkeiten beschreiben, anpassbar zu Verwendung mit Fluiden im allgemeinen, obwohl die Verwendung mit Fluiden bevorzugt ist.

Claims

Fluidangetriebene Verbindung (12), mit: (a) zumindest drei Seiten (18) im wesentlichen gleicher Breite, die miteinander über Verbindungsglieder (17) verbunden sind, um einen mehreckigen Zylinder variabler Querschnittsfläche auszuformen, wobei zumindest eines der Verbindungsglieder ein Gelenk aufweist; (b) Seiten- oder Endplatten (24), um ein Volumen mit dem mehreckigen Zylinder zu umgeben, wobei die Seitenplatten (24) eine Bewegung der Seiten (18) in eine zu den Seitenplatten (24)parallele Richtung zulassen, um so die Querschnittsfläche und damit das Volumen des Zylinders zu variieren; (c) zumindest ein Anschluss (37), um das Ein- oder Austreten eines Fluids (39) in das umgebene variable Volumen in einer steuerbaren Aßt und Weise zuzulassen; (d) eine Dichteinrichtung, um zu verhindern, dass Fluid in das umgebene Volumen anders als durch den oder die Anschlüsse eintritt oder von dort austritt; (e) zwei Angrenzungen (19, 21) an den Seiten (18) oder den Anschlüssen (17), wobei zumindest eine der Angrenzungen so angeordnet ist, dass sie im Betrieb Kraft von der Verbindung überträgt; wobei der Abstand zwischen den beiden Angrenzungen nichtlinear mit der variablen Querschnittsfläche variiert.
Verbindung (12) nach Anspruch 1 und mit drei Seiten, wobei zumindest zwei der Anschlüsse eine Gleitverbindung aufweisen.
Verbindung (12) nach Anspruch 1 und mit zumindest vier Seiten, wobei die Verbindungsglieder Gelenke (20) sind.
Verbindung (12) nach Anspruch 1 oder 3 und mit vier Seiten gleicher Länge, die eine Raute bilden, wobei sich die Angrenzungen im wesentlichen an den stumpfen Winkeln der Raute befinden.
Verbindung (12) nach Anspruch 4 und mit vier Seiten gleicher Länge, die eine Raute bilden, wobei sich der stumpfe Winkel zwischen fast 184 und circa 135 Grad bewegt.
Verbindung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichteinrichtung ein nachgiebiges Membran (26) aufweist, das eine Kammer ausformt, welche volumenmäßig mit dem Ausdehnen oder dem Zusammenziehen des Membrans schwankt. wobei die Kammer in der Verbindung angeordnet ist, um das variable Volumen der Verbindung zu umgeben und der zumindest eine Anschluss (37) das Innere der Kammer mit der Außenseite der Verbindung verbindet.
Verbindung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Innenoberfläche einer oder mehrerer der Seiten eine Ausnehmung umgrenzt.
Vorrichtung (10) zum Erzeugen eines Ausgangsfluids mit im Vergleich zu einem Eingangsfluid geänderten Druck-, Volumen- oder Strömungseigenschaften, mit: (a) einer Verbindung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; (b) einem in einem Zylinder (32) beweglichen Kolben (30), um ein im Zylinder umgebenes Volumen zu variieren; (c) einem Zylinderanschluss (31), um Fluid (39) in das umgebene Volumen des Zylinders ein- oder daraus austreten zu lassen; (d) einer Stange (16) zwischen einer der beiden Angrenzungen (10, 21) der Verbindung und des Kolbens; und (e) einem oder mehreren Beabstandungsglieder (23), um die andere der beiden Angrenzungen der Verbindung in einer konstanten Beabstandung vom Zylinder zu halten.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei die Fläche des Kolbens (30) zwischen dem Einfachen und dem Zweifachen der Fläche einer Seite der Verbindung liegt.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Innenoberflächen zweier der Seiten, die der an die Stange angrenzenden Angrenzung benachbart sind, Ausnehmungen umgrenzen.
Verbindung oder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fluid eine Flüssigkeit oder ein Gas ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Fläche des Kolbens (30) in etwa gleich der Fläche einer Seite der rautenförmigen Verbindung ist, vorzugsweise zwischen 1,0 und 1,1 mal die Fläche einer Seite.
Hydraulikmotor (199) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12.
Hydraulikmotor (199) gemäß Anspruch 13, ferner mit: einem Behälter (209), der ein variables Volumen eines Fluids (39) enthält und zum Ausgeben des Fluids mit einem statischen Druck oder einer auf der Höhe der Vorrichtung gemessenen Fallhöhe eingerichtet ist, welcher eine Atmosphäre überschreitet; und ein Netzwerk von Schaltern und Leitungen, die betätigbar sind, (i) um Fluid aus dem Behälter (209) örtlich mit dem Anschluss (37) und dem Zylinderanschluss (31) in Verbindung zu bangen und (ii) um den Anschluss und den Zylinderanschluss in wiederholten Zyklen zum Atmosphärendruck hin zu öffnen.
Hydraulikmotor (199) gemäß Anspruch 14, ferner mit einem Behälterfüllmechanismus, der betätigbar ist, um ein Fluidvolumen aufzunehmen, wenn der Anschluss (37) und der Zylinderanschluss (31) in den wiederholten Zyklen zum Atmosphärendruck hin geöffnet sind, und um das aufgenommene Fluidvolumen zeitweise in den Behälter (209) zu übertragen.