EP1059459B1

EP1059459B1 - Fluidbetätigter Drehantrieb

Info

Publication number: EP1059459B1
Application number: EP99111186A
Authority: EP
Inventors: Bernd Lorenz; Ansgar Kriwet; Dieter Dr.Ing. Bergemann; Axel Thallemer
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2019-06-09
Also published as: US6360648B1; JP2001012414A; EP1059459A1; DE59910070D1

Description

Die Erfindung betrifft einen fluidbetätigten Drehantrieb, mit einem sich zwischen zwei Kopfstücken erstreckenden Schlauchkörper, dem eine an den beiden Kopfstücken angreifende Kraftübertragungsstruktur zugeordnet ist, die bei Fluidbeaufschlagung des Innenraumes des Schlauchkörpers eine relative Drehbewegung zwischen den beiden Kopfstücken hervorruft, wobei sich die beiden Kopfstücke über eine Abstützeinrichtung unter Gewährleistung ihrer relativen Verdrehbarkeit derart aneinander abstützen, dass sie zur Beibehaltung ihrer axialen Relativposition an einer axialen Relativbewegung im Sinne einer gegenseitigen Annäherung und/oder einer gegenseitigen Entfernung gehindert sind.

Bekannte fluidbetätigte Drehantriebe, wie sie insbesondere in der Pneumatik eingesetzt werden, verfügen beispielsweise über ein starres Gehäuse, in dem ein Kolben axial verschiebbar angeordnet ist, der über Führungsmittel derart mit dem Gehäuse zusammenwirkt, dass er bei der Axialbewegung gleichzeitig eine Drehbewegung ausführt. Diese Drehbewegung wird auf eine drehfest mit dem Kolben bewegungsgekoppelte Stange übertragen, an der somit eine Drehbewegung abgegriffen werden kann, die beispielsweise zur Betätigung eines Ventils herangezogen werden kann. Ein Drehantrieb dieser Art geht aus der DE 44 27 779 C2 hervor.

Nachteilig bei derartigen Drehantrieben ist der zu ihrer Realisierung notwendige hohe mechanische Aufwand, sei es im Zusammenhang mit der Führung des Kolbens oder mit dessen Abdichtung zum Gehäuse. Diese bekannten Drehantriebe sind daher relativ teuer und verschleißanfällig.

Man hat daher in der US 3,638,536 bereits einen fluidbetätigten Drehantrieb der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem die Drehbewegung durch einen sich axial zwischen zwei Kopfstücken erstreckenden und mit einer integrierten Kraftübertragungsstruktur versehenen Schlauchkörper erzeugt wird. Der Schlauchkörper ist dort als Kontraktionsschlauch ausgelegt, der sich bei Innendruckbeaufschlagung radial ausdehnt und gleichzeitig über die Kraftübertragungsstruktur die beiden Kopfstücke zueinander zieht. Aufgrund der Ausgestaltung der Kraftübertragungsstruktur als Strangstruktur mit zueinander parallelen, wendelförmig verlaufenden Zugsträngen, hat die axiale Kontraktion zugleich eine relative Drehbewegung zwischen den beiden Kopfstücken zur Folge, die sich zur Betätigung eines zu drehenden Gegenstandes abgreifen lässt. Allerdings ist der abgreifbare Drehwinkel relativ gering, so dass den Einsatzmöglichkeiten dieses bekannten Drehantriebes rasch Grenzen gesetzt sind und der praktische technische Nutzen in Frage gestellt werden kann.

Bei einem aus der US-A-4 108 050 oder der GB-A-697 707 bekannten Drehantrieb der eingangs genannten Art wurde festgestellt, dass sich bei einer Fixierung der axialen Relativposition der beiden Kopfstücke, bei gleichzeitiger Gewährleistung des Drehfreiheitsgrades bezüglich der Längsachse, wesentlich größere Drehwinkel realisieren lassen als bei einem als Kontraktionselement ausgelegten Schlauchkörper. Die Beibehaltung der axialen Relativposition gewährleistet eine zwischen den beiden Kopfstücken wirksame Abstützeinrichtung, deren axiale Wirkungsrichtung in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Kraftübertragungsstruktur gewählt werden kann. Es wurde festgestellt, dass sich in Abhängigkeit vom Aufbau der Kraftübertragungsstruktur und unter Berücksichtigung der axial wirksamen Druckbeaufschlagungsflächen der Kopfstücke gewisse Tendenzen zu einem voneinander Entfernen oder zu einem einander Annähern der Kopfstücke einstellen. Diesen Bewegungstendenzen kann dann durch entsprechende Ausgestaltung der Abstützeinrichtung entgegengewirkt werden. Zweckmäßigerweise wird man dabei eine Ausführungsform der Abstützeinrichtung wählen, die axiale Relativbewegungen zwischen den beiden Kopfstücken in beiden Axialrichtungen verhindert. Es können vorzugsweise Drehbewegungen und Drehmomente mit definierter Zuordnung von Betriebsdruck, Drehwinkel und Drehmoment unter Vermeidung von axialen Bewegungen als weiterer abhängigen Variablen erzeugt werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen fluidbetätigten Drehantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich bei kompakten Längenabmessungen größere Drehwinkel realisieren lassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass sich die Abstützeinrichtung im Innern des Schlauchkörpers befindet.

Die Unterbringung der Abstützeinrichtung im Innenraum des Schlauchkörpers ist platzsparend und hat zudem einen Fluidspareffekt zur Folge, weil das mit Fluid zu befüllende Volumen des Innenraumes des Schlauchkörpers reduziert ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Um einen zuverlässigen Betrieb des Drehantriebes auch dann zu gewährleisten, wenn auf die Kopfstücke nicht rein axiale Kräfte einwirken, ist es von Vorteil, die Abstützeinrichtung so auszulegen, dass sie zwischen den beiden Kopfstücken auftretende Querkräfte und/oder Biegemomente aufnehmen kann. Zwar könnten zur Kompensation dieser Belastungen auch externe Einrichtungen herangezogen werden, beispielsweise die relativ zueinander zu verdrehenden Gegenstände selbst, wenn diese entsprechend gelagert sind. Um einen universellen Einsatz des Drehantriebes zu ermöglichen, empfiehlt sich jedoch eine Integration auch dieser Abstützfunktionen in die Abstützeinrichtung selbst.

Die Kraftübertragungsstruktur ist vorzugsweise als Strangstruktur ausgeführt, die über eine Vielzahl sich zwischen den Kopfstücken erstreckender biegeflexibler Zugstränge verfügt, die sich insbesondere schraubenwendelförmig zwischen den beiden Kopfstücken erstrecken und die für die relative Drehbewegung bei Innendruckbeaufschlagung des Schlauchkörpers verantwortlich sind. Es wäre denkbar, die Zugstränge durch kettfädenartige Querstränge oder durch eine wie auch immer geartete Vernetzung in ihrer Relativposition zu fixieren. Allerdings hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Strangstruktur ausschließlich aus mit gleicher Längsorientierung nebeneinander verlaufenden Zugsträngen aufzubauen. Deren Position wird zweckmäßigerweise dadurch stabilisiert, dass sie zumindest teilweise in den Schlauchkörper eingebettet sind, beispielsweise durch Vulkanisation.

Es wurde festgestellt, dass sich mit einem zylindrischen, nur in einer Richtung gewendelt strang- bzw. fadenverstärkten Elastomenschlauch, dessen Enden an Kopfstücken fixiert sind, welche wiederum in axialer Richtung fixiert und bezüglich der Schlauchlängsachse frei drehbar sind, dem Schlauchinnendruck und dem Schlauchinnenvolumen fest zuordenbare große Drehwinkel und Drehmomente realisieren lassen.

Es wurde festgestellt, dass bei einem anfänglichen, also im drucklosen Zustand des Schlauchkörpers betrachteten Schrägverlauf der Zugstränge von mehr als 54,7° bezüglich der Längsrichtung des Schlauchkörpers bei dessen Druckbeaufschlagung zumindest anfänglich eine Tendenz der Kopfstücke besteht, sich axial voneinander zu entfernen. In diesem Falle kommt eine Abstützeinrichtung zum Einsatz, die zumindest diese axiale Relativbewegung verhindert. Dagegen ist bei einem anfänglichen Schrägverlauf der Zugstränge von weniger als 54,7° bei Druckbeaufschlagung des Schlauchkörpers eine zumindest anfängliche Kontraktionsneigung festzustellen, so dass in einem solchen Falle die Abstützeinrichtung derart ausgeführt werden sollte, dass sie zumindest eine axiale Relativbewegung der beiden Kopfstücke im Sinne einer gegenseitigen Annäherung verhindert. Da sich der Schrägwinkel im Betrieb des Drehantriebes mit zunehmender Verdrehung verringert, empfiehlt sich vor allem dann wenn der anfängliche Schrägverlauf mehr als 54,7° entspricht und im Laufe des Betriebes unter diese Marke fällt, eine in beiden Axialrichtungen wirksame axiale Abstützung zwischen den beiden Kopfstücken.

Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, die Strangstruktur so auszulegen, dass der bezüglich der Längsrichtung des Schlauchkörpers gemessene anfängliche Schrägverlauf der Zugstränge im Bereich zwischen 55° und 65° liegt.

Um besonders hohe Drehwinkel zwischen den beiden Kopfstücken realisieren zu können, wird der Schlauchkörper einschließlich der Kontraktionsstruktur mit entsprechend großer Baulänge ausgeführt. Ohne besondere Zusatzmaßnahmen hätte dies jedoch im Betrieb eine meist nicht tolerable große Radialausdehnung des Schlauchkörpers zur Folge. Aus diesem Grund werden bei Drehantrieben mit relativ großer Schlauchkörperlänge dem betreffenden Schlauchkörper zweckmäßigerweise Mittel zugeordnet, die lokal das radiale Aufweiten des Schlauchkörpers bei Innendruckbeaufschlagung beeinflussen und insbesondere behindern und die vorliegend als Begrenzungsmittel bezeichnet seien. Diese Begrenzungsmittel können über die Länge des Schlauchkörpers verteilt angeordnet sein, wobei es sich beispielsweise um Einzelelemente handeln kann, die insbesondere ring- oder gurtartig ausgeführt und koaxial zum Schlauchkörper mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind. Dabei kann es sich um starre Ringelemente aus Kunststoffmaterial oder Metall handeln. Denkbar wäre auch eine fadenartige Ausgestaltung aus zugfestem flexiblem Material, beispielsweise Textilmaterial.

Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Begrenzungsmittel von zumindest einem koaxial zum Schlauchkörper angeordneten Wendelkörper gebildet, der sich gleichsinnig oder gegensinnig zur Strangstruktur schraubenwendelförmig entlang dem Umfang des Schlauchkörpers erstreckt und dessen Gestalt beispielsweise vergleichbar einer Schraubenfeder gewählt werden kann.

Die Begrenzungsmittel können am Außenumfang des Schlauchkörpers plaziert sein, werden jedoch vorzugsweise zumindest teilweise und insbesondere vollständig in den Schlauchkörper integriert.

Um einen vorbestimmten Drehwinkel realisieren zu können, sind ferner zweckmäßigerweise Mittel vorhanden, die die radiale Verformung des Schlauchkörpers begrenzen. Sie können im Innenraum des Schlauchkörpers oder außerhalb desselben plaziert sein und haben vorzugsweise eine Anschlagfunktion.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Figur 1: in einer Längsschnittdarstellung eine erste Bauform des erfindungsgemäßen Drehantriebes im deaktivierten Zustand bei drucklosem Schlauchkörper, wobei gestrichelt eine mögliche Gestalt des Schlauchkörpers im aktivierten Zustand dargestellt ist, und
Figur 2: eine Seitenansicht des Drehantriebes aus Figur 1 mit blickgemäß Pfeil II in schematischer Darstellung und mit strichpunktierter Andeutung der in Figur 1 auch nur strichpunktiert angedeuteten Kraftübertragungsstruktur.

Der in der Zeichnung allgemein mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Drehantrieb wird durch Fluidkraft betätigt, wobei sich als Druckmedium jedes gasförmige oder hydraulische Fluid eignet. Das Ausführungsbeispiel ist zum Betrieb mit Druckluft ausgelegt.

Der Drehantrieb 1 verfügt über zwei mit Abstand zueinander angeordnete Kopfstücke 3,4, die nachstehend zum Zwecke des besseren Verständnisses und ohne damit eine Einschränkung verbinden zu wollen, als vorderes und hinteres Kopfstück 3,4 bezeichnet werden. Zwischen diesen Kopfstücken 3,4 erstreckt sich axial ein flexibler und vorzugsweise gummielastischer Schlauchkörper 2, der zweckmäßigerweise aus Gummi besteht und der sich aus einer oder mehreren Materiallagen zusammensetzen kann.

Mit seinen beiden axialen Endabschnitten ist der Schlauchkörper 2 am jeweils zugeordneten Kopfstück 3,4 befestigt. Diese Befestigung kann an sich auf beliebige Weise erfolgen, wobei beim Ausführungsbeispiel geeignete Klemmvorrichtungen 9 vorgesehen sind. Dabei kann der axiale Endbereich des Schlauchkörpers durch jeweils eine Überwurfmutter 10 am betreffenden Kopfstück 3,4 festgelegt sein.

Die Verbindung zwischen dem Schlauchkörper 2 und einem jeweiligen Kopfstück 3,4 ist fluiddicht ausgeführt. Der Schlauchkörper 2 definiert daher zusammen mit den beiden Kopfstücken 3,4 einen Innenraum 8, der bei Bedarf mit dem zur Betätigung dienenden fluidischen Druckmedium, z.B. Druckluft, beaufschlagbar ist.

Die Fluidbeaufschlagung wird gewährleistet durch in den Innenraum 8 einmündende Fluidkanalmittel 12. Sie enthalten beim Ausführungsbeispiel einen das eine der beiden Kopfstücke 3,4, vorliegend das hintere Kopfstück 4, durchsetzenden Fluidkanal 12', dessen äußeres Ende über schematisch angedeutete Verbindungsmittel 11 an eine weiterführende Fluidleitung 13 angeschlossen ist, über die sowohl eine Zufuhr als auch eine Abfuhr des Druckmediums bezüglich des Innenraumes 8 erfolgen kann. Es versteht sich, daß für die Einspeisung und die Abfuhr des Druckmediums bei Bedarf auch getrennte Fluidkanäle vorgesehen sein können.

Dem Schlauchkörper 2 ist mit koaxialer Ausrichtung eine in Figuren 1 und 2 schematisch strichpunktiert angedeutete Kraftübertragungsstruktur 20 zugeordnet. Sie erstreckt sich axial zwischen den beiden Kopfstücken 3,4, an denen sie befestigt ist. Ihr Aufbau ist so gewählt, daß sie zum einen eine hohe Zugfestigkeit und zum anderen eine hohe Biegeflexibilität aufweist. Dies kann am besten dadurch erreicht werden, daß sie in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel als eine hohlzylindrische Konfiguration einnehmende Strangstruktur 6 ausgeführt ist.

Die Strangstruktur 6 beinhaltet eine Vielzahl von biegeflexiblen, gleichzeitig aber zur Übertragung von Zugkräften zwischen den beiden Kopfstücken 3,4 geeigneten einzelnen Zugsträngen 7, die beispielsweise aus textilen oder metallischen Fasern oder auch aus Kunststoffmaterial bestehen können. Jeder Zugstrang 7 kann aus einer einzelnen Faser gebildet sein, möglich ist aber auch ein mehrfasriger Aufbau, insbesondere in Gestalt mehrerer zu einem Strang verdrillter Einzelfasern.

Die Strangstruktur 6 könnte bezüglich dem Schlauchkörper 2 separat ausgebildet sein, wobei sie letzteren am Außenumfang komplett umschließt, beispielsweise nach dem Vorbild der EP 0 161 750 B1. Vorzuziehen ist jedoch die auch beim Ausführungsbeispiel realisierte Bauform, bei der die Strangstruktur 6 zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig in den Schlauchkörper 2 integriert ist. Die Zugstränge 7 sind in das Material des Schlauchkörpers 2 eingebettet, so daß der Schlauchkörper 2 und die Kraftübertragungsstruktur 20 eine Baueinheit bilden, die gemeinsam an den Kopfstücken 3,4 festlegbar ist. Durch die Befestigung des Schlauchkörpers 2 wird auch die Kraftübertragungsstruktur 20 an den Kopfstücken 3,4 fixiert, so daß sie bezüglich diesen Kopfstücken 3,4 Zugkräfte ausüben kann.

Die Kraftübertragungsstruktur 20 ist derart ausgelegt, daß sie bei Fluidbeaufschlagung des Innenraumes 8 eine relative Drehbewegung zwischen den beiden Kopfstücken 3,4 bezüglich der Längsachse 14 des Schlauchkörpers 2 hervorruft. Ferner ist eine Abstützeinrichtung 18 vorhanden, über die sich die beiden Kopfstücke 3,4 unter Gewährleistung ihrer relativen Verdrehbarkeit in axialer Richtung aneinander abstützen. Die Abstützfunktion ist so gewählt, daß die beiden Kopfstücke 3,4 ungeachtet des momentanen Betriebszustandes des Drehantriebes 1, also unabhängig vom Grad der Druckbeaufschlagung des Innenraumes 8, ihre axiale Relativposition beibehalten.

Beim Ausführungsbeispiel ist der Aufbau der Abstützeinrichtung 18 so gewählt, daß sie die beiden Kopfstücke 3,4 an jeglicher axial orientierten Relativbewegung hindert. Die Kopfstücke 3,4 können sich also weder gegenseitig annähern noch voneinander entfernen.

Im deaktivierten Zustand des Drehantriebes 1, also bei drucklosem Innenraum 8, nehmen der Schlauchkörper 2 und die Kraftübertragungsstruktur 20 die aus Figuren 1 und 2 ersichtliche hohlzylinderähnliche Konfiguration ein. Bei Einspeisung eines unter Überdruck stehenden Druckmediums in den Innenraum 8 weitet sich der gummielastische Schlauchkörper 2 radial auf, wie dies in Figur 1 bei 21 in gestrichelten Linien exemplarisch angedeutet ist. Dies hat gleichzeitig eine radiale Beaufschlagung der Kraftübertragungsstruktur 20 zur Folge, die aufgrund ihrer besonderen Strukturierung eine relative Drehbewegung zwischen den beiden Kopfstücken 3,4 um die Längsachse 14 hervorruft. Ist eines der Kopfstücke, wie vorliegend das hintere Kopfstück 4, an einer Haltung 15 drehfest fixiert, führt allein das andere, vorliegend das vordere Kopfstück 3, die Drehbewegung aus. An diesem Kopfstück 3 vorgesehene Kraftübertragungsmittel 25 ermöglichen die Befestigung eines beliebigen Gegenstandes 28, der verdreht werden soll. Der Gegenstand 28 kann beispielsweise ein Maschinenteil oder der Betätigungsschaft eines Drehventils sein.

Bedingt durch die axiale Abstützung der beiden Kopfstücke 3,4 lassen sich exakt reproduzierbar relativ große Drehwinkel realisieren.

Wird der Drehantrieb 1 durch Druckentlastung des Innenraumes 8 deaktiviert, stellen sich die Kopfstücke 3,4 bedingt durch die gummielastische Rückstellkraft des Schlauchkörpers 2 bei fehlendem Lastmoment wieder in die anfängliche relative Drehposition zurück. Es versteht sich, daß auch zusätzliche separate Rückstellmittel vorgesehen werden können, obgleich diese in der Regel nicht erforderlich sind.

Die beispielsgemäße und besonders vorteilhafte Strangstruktur 6 setzt sich ausschließlich aus Zugsträngen 7 zusammen, die sich schraubenwendelförmig mit bezüglich dem Schlauchkörper 2 koaxialer Anordnung und mit untereinander identischer Längs-orientierung zwischen den beiden Kopfstücken 3,4 erstrecken. In Seitenansicht gemäß Pfeil II oder in einer Abwicklung gesehen, ergibt sich somit zwischen der Längsrichtung der Zugstränge 7 und der Längsrichtung des Schlauchkörpers 2 ein Schrägverlauf, der in Figur 2 bei "s" als Schrägwinkel markiert ist. Dabei ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß der anfängliche Schrägverlauf, also der bei überdrucklosem Innenraum 8 und hohlzylindrischer Ausrichtung des Schlauchkörpers 2 auftretende Schrägwinkel "s", im Bereich zwischen 55° und 65° liegt.

Ausgehend von diesem anfänglichen Schrägverlauf reduziert sich der Schrägwinkel "s" bei zunehmender Druckbeaufschlagung des Innenraumes 8 infolge der radialen Verformung der Zugstränge 7. Daraus resultiert eine schräge Einleitung der Zugkräfte in die Kopfstücke 3,4, die folglich zueinander verdreht werden. Der Drehwinkel und das Drehmoment läßt sich über den im Innenraum 8 eingestellten Innendruck bzw. das in den Innenraum 8 eingeführte Fluidvolumen vorgeben.

Es wurde festgestellt, daß die auf die Kopfstücke 3,4 ausgeübten resultierenden Axialkräfte bei einem momentanen Schrägverlauf der Zugstränge 7 von 54,7° eine Richtungsumkehr unterliegen. Dies hat zur Folge, daß die Kopfstücke 3,4 beim Ausführungsbeispiel außer den die relative Drehbewegung verursachenden Kräften zunächst auch noch Axialkräfte erfahren, die sie im Sinne eines gegenseitigen Entfernens beaufschlagen. Eine dementsprechende Bewegung wird jedoch durch die Abstützeinrichtung 18 verhindert. Verringert sich im Laufe des Betriebes der aktuelle Schrägwinkel des "s" unter die Marke von 54,7°, erfahren die Kopfstücke 3,4 insgesamt eine Axialbeanspruchung im Sinne einer gegenseitigen Annäherung. Auch diese wird jedoch durch die Abstützeinrichtung 18 verhindert.

Gegenseitiges Entfernen resultiert aus dem fluidischen Innendruck und seiner konstanten Wirkfläche an den Schlauchstirnseiten. Gegenseitiges Annähern resultiert aus der Axialkomponente aller Strangzugkräfte an den Endstükken. Diese beiden Wirkungen heben sich auf, wenn der Schrägwinkel an der im Durchmesser dicksten Stelle des Schlauchkörpers jenen Wert 54,7° aufweist.

Ersichtlich kann somit die Abstützeinrichtung 18 hinsichtlich der Wirkungsrichtung der von ihr übernommenen Abstützfunktion unter Berücksichtigung des Arbeitsbereiches der Strangstruktur 6 ausgelegt werden. Treten im Betrieb nur Schrägwinkel "s" über 54,7° auf, kann sich die Abstützung auf ein Verhindern eines gegenseitigen Entfernens der Kopfstücke 3,4 beschränken. Liegt der Winkelbereich hingegen stets unterhalb 54,7°, kann die Auslegung so getroffen werden, daß lediglich eine Abstützung zum Verhindern einer axialen Annäherung stattfindet. Allerdings ist es schon aus Gründen der Stabilität des Drehantriebes 1 als solches sehr sinnvoll, ungeachtet der im Betrieb auftretenden Schrägwinkel eine stets in beiden Axialrichtungen wirksame Abstützung vorzusehen, wie dies beim Ausführungsbeispiel der Fall ist.

Zweckmäßigerweise erfolgt eine Auslegung der Abstützeinrichtung 18 auch dahingehend, daß sie zwischen den beiden Kopfstücken 3,4 auftretende Querkräfte und/oder Biegemomente aufnehmen kann. Die Abstützeinrichtung 18 läßt in diesem Falle zwischen den beiden Kopfstücken 3,4 nur einen einzigen Bewegungsfreiheitsgrad zu, nämlich eine relative Drehbewegung bezüglich der Längsachse 14. Der Drehantrieb 1 ist dann problemlos universell einsetzbar und für vielfältige in der Praxis auftretende Belastungsfälle geeignet.

Die Abstützeinrichtung 18 ist im Innenraum 8 des Schlauchkörpers 2 untergebracht. Dies ermöglicht kompakte Außenabmessungen und gleichzeitig einen Fluidspareffekt, da das zur Aktivierung des Drehantriebes 1 mit Fluid zu füllende Volumen reduziert ist.

Beim Ausführungsbeispiel enthält die Abstützeinrichtung 18 zwei an jeweils einem der Kopfstücke 3,4 festgelegte und vorzugsweise integral mit diesen Kopfstücken 3,4 ausgebildete Stützelemente 22,23, die koaxial zueinander angeordnet sind und sich jeweils axial in Richtung zum anderen Kopfstück 3,4 erstrecken. Über eine zwischengefügte Lagereinrichtung 29 stützen sich die Stützelemente 22,23 unter Gewährleistung des Drehfreiheitsgrades aneinander ab. Die Lagereinrichtung 29 des Ausführungsbeispieles enthält eine Wälzlagereinrichtung 30 mit einem am einen Stützelement 22 festgelegten Innenring 31 und einem am anderen Stützelement 23 festgelegten Außenring 32, wobei zwischen diesen beiden Ringen insbesondere kugelartige Wälzelemente plaziert sind. Die Fixierung der Ringe 31,32 erfolgt durch geeignete Befestigungsmittel 33, vorliegend in Gestalt von Schraubelementen. Die Wälzlagereinrichtung 30 übernimmt die Funktion eines axialen Zug- und Drucklagers und kann ferner Querkräfte sowie Biegemomente aufnehmen. Lediglich eine Drehbewegung zwischen den beiden Stütz-elementen 22,23 bzw. den mit diesen verbundenen Kopfstücken 3,4 ist möglich.

Die Stützelemente 22,23 können auch zur Stabilisierung des Schlauchkörpers 2 bei deaktiviertem Drehantrieb 1 beitragen. Beim Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der Schlauchkörper 2 im drucklosen Zustand seines Innenraumes 8 koaxial an den Außenflächen der Stützelemente 22,23 anliegt. Geeignete Kanalverbindungen 34 in den Kopfstücken 3,4 gewährleisten trotz allem den gewünschten Fluidzugang zur Innenfläche des Schlauchkörpers 2.

Der Drehantrieb 1 sollte möglichst so ausgelegt werden, daß die Durchmesserdifferenz des Schlauchkörpers 2 im Betrieb nicht mehr als 100 % beträgt. Andererseits läßt sich eine über das schon vorhandene hohe Winkelmaß hinausgehende Vergrößerung der realisierbaren Drehwinkel nur durch eine axiale Verlängerung des Schlauchkörpers 2 und der Kraftübertragungsmttel 25 erzielen. Um diese Bedingungen miteinander zu vereinbaren, können daher dem Schlauchkörper 2 Mittel zugeordnet sein, die sein radiales Aufweiten bei Druckbeaufschlagung lokal beeinflussen und insbesondere verhindern. Diese Mittel seien vorliegend als Begrenzungsmittel bezeichnet, sie sind in Figur 1 strichpunktiert bei 35 in einer möglichen Realisierungsform angedeutet.

Diese Realisierungsform sieht vor, daß es sich bei den Begrenzungsmitteln 35 um ein oder mehrere ring- oder gurtartige Elemente handelt, die koaxial zum Schlauchkörper 2 angeordnet sind. Sind mehrere Elemente vorhanden, erfolgt eine axial beabstandete Verteilung über die Länge des Schlauchkörpers 2 hinweg. Bei einer Druckbeaufschlagung des Schlauchkörpers 2 sind somit nur die zwischen benachbarten Begrenzungsmitteln 35 liegenden Wandbereiche des Schlauchkörpers 2 zu einer radialen Ausdehnung in der Lage. Auf diese Weise verfügt der Schlauchkörper 2 im aktivierten Zustand über eine mehrfach ausgebauchte Außenkontur, wobei jedoch die Durchmesservergrößerung im Vergleich zum deaktivierten Zustand wesentlich geringer ist als bei einer Bauform ohne Mittel zur Aufweitungsbegrenzung.

Bei einer nicht dargestellten Alternativ-Bauform können die Begrenzungsmittel mindesten einen sich koaxial zum Schlauchkörper 2 erstreckenden schraubenwendelförmig gestalteten Wendelkörper enthalten. Dieser Wendelkörper könnte die Gestalt einer Schraubenfeder haben, die koaxial zum Schlauchkörper 2 angeordnet ist.

Gleichsinnig zur Strangstruktur (aber mit deutlich größerer Steigung bzw. deutlich geringerem Schrägverlauf) gewundene Begrenzungsmittel 35 bewirken eine lokal reduzierte Aufweitung des Innenraumes, gegensinnig zur Strangstruktur (ebenfalls mit deutlich größerer Steigung bzw. deutlich geringerem Schrägverlauf) gewundene Begrenzungsmittel 35 bewirken eine lokale Einschnürung des Innenraumes.

Bei allen Ausführungsformen können die Begrenzungsmittel wie im Ausführungsbeispiel an der radialen Außenfläche des Schlauchkörpers 2 plaziert sein. Eine vorteilhaftere Bauform sieht jedoch eine zumindest teilweise und vorzugsweise vollständige Integration der Begrenzungsmittel 35 in die Wandung des Schlauchkörpers 2 vor. Es wäre auch denkbar, die Begrenzungsmittel 35 in die Kraftübertragungsmittel 25 zu integrieren und bei einer Ausgestaltung als Strangstruktur 6 eine geeignete Verknüpfung der Begrenzungsmittel 35 mit den einzelnen Zugsträngen 7 vorzusehen. Speziell in diesem Falle bietet es sich an, die Begrenzungsmittel 35 ebenfalls in Form biegeflexibler und beispielsweise fadenähnlicher Strangelemente auszuführen, wobei wie im Falle der Stangstruktur 6 ein textiler Aufbau denkbar wäre. Gleichwohl können die Begrenzungsmittel 35 auch aus einem insgesamt starren Material bestehen, beispielsweise aus entsprechend hartem Kunststoff oder aus Metall.

Um einen bestimmten maximalen Drehwinkel vorzugeben, können im Innenraum 8 des Schlauchkörpers 2 oder radial außerhalb des Schlauchkörpers 2 Mittel vorgesehen sein (nicht dargestellt), die die radiale Verformung des Schlauchkörpers 2 begrenzen. Die Mittel übernehmen vorzugsweise eine Anschlagfunktion und könnten daher auch als Anschlagmittel bezeichnet werden.

Denkbar wären Anschlagmittel zur Drehwinkelbegrenzung durch Begrenzung der Durchmesseraufweitung des Schlauchkörpers 6. Sind gegenläufig zur Strangstruktur 6 gewundene Begrenzungsmittel 35 vorhanden, kann die Anschlagfunktion durch gegenüber dem Innendurchmesser des Schlauchkörpers 2 reduziertem Außendurchmesser der Stützelemente 22,23 realisiert werden. Auch könnten, insbesondere bei kleinen Schlauchkörperdurchmessern, außerhalb des Schlauchkörpers 2 plazierte Anschlagmittel zur direkten Begrenzung der Durchmesseraufweitung herangezogen werden. In allen Fällen können die Anschlagmittel von einer entsprechend ausgestalteten Abstützeinrichtung 18 gebildet sein.

Claims

Fluidbetätigter Drehantrieb, mit einem sich zwischen zwei Kopfstücken (3,4) erstrecken Schlauchkörper (2), dem eine an den beiden Kopfstücken (3,4) angreifende Kraftübertragungsstruktur (20) zugeordnet ist, die bei Fluidbeaufschlagung des Innenraumes (8) des Schlauchkörpers (2) eine relative Drehbewegung zwischen den beiden Kopfstücken (3,4) hervorruft, wobei sich die beiden Kopfstücke (3,4) über eine Abstützeinrichtung (18) unter Gewährleistung ihrer relativen Verdrehbarkeit derart aneinander abstützen, dass sie zur Beibehaltung ihrer axialen Relativposition an einer axialen Relativbewegung im Sinne einer gegenseitigen Annäherung und/oder einer gegenseitigen Entfernung gehindert sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abstützeinrichtung (18) im Innenraum (8) des Schlauchkörpers (2) befindet.
Drehantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützeinrichtung (18) so ausgelegt ist, dass sie zwischen den beiden Kopfstücken (3,4) auftretende Querkräfte und/oder Biegemomente aufnehmen kann.
Drehantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsstruktur (20) als Strangstruktur (6) ausgeführt ist, die über eine Vielzahl sich zwischen den Kopfstücken (3,4) erstreckender biegeflexibler Zugstränge (7) verfügt.
Drehantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zugstränge (7) koaxial zum Schlauchkörper (2) schraubenwendelförmig mit untereinander gleicher Längsorientierung zwischen den beiden Kopfstücken (3,4) erstrecken.
Drehantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem bezüglich der Längsrichtung des Schlauchkörpers (2) gemessenen anfänglichen Schrägverlauf der Zugstränge (7) von mehr als 54,7° die Abstützeinrichtung (18) so ausgeführt ist, dass sie zumindest eine axiale Relativbewegung der beiden Kopfstücke (3,4) im Sinne eines gegenseitigen Entfernens verhindert und vorzugsweise eine axiale Relativbewegung der beiden Kopfstücke (3,4) sowohl im Sinne eines gegenseitigen Entfernens als auch im Sinne einer gegenseitigen Annäherung verhindert.
Drehantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem bezüglich der Längsrichtung des Schlauchkörpers (2) gemessenen anfänglichen Schrägverlauf der Zugstränge (7) von weniger als 54,7° die Abstützeinrichtung (18) so ausgeführt ist, dass sie zumindest eine axiale Relativbewegung der beiden Kopfstücke (3,4) im Sinne einer gegenseitigen Annäherung verhindert.
Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der bezüglich der Längsrichtung des Schlauchkörpers (2) gemessene anfängliche Schrägverlauf der Zugstränge (7) im Bereich zwischen 55° und 65° liegt.
Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützeinrichtung (18) mindestens zwei jeweils an einem der beiden Kopfstücke (3,4) vorgesehene und in Richtung zum jeweils anderen Kopfstück (3,4) ragende Stützelemente (22,23) aufweist, die sich in relativ zueinander verdrehbarer Weise aneinander abstützen.
Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem der Kopfstücke (3,4) Kraftübertragungsmittel (25) vorgesehen sind, die mit einer zu einer Drehbewegung zu veranlassenden Einrichtung drehfest gekoppelt oder koppelbar sind.
Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsstruktur (20) zumindest teilweise in die Wandung des Schlauchkörpers (2) integriert ist.
Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schlauchkörper (2) Begrenzungsmittel (35) zugeordnet sind, die sein radiales Aufweiten bei Druckbeaufschlagung seines Innenraumes (8) lokal beeinflussen und insbesondere lokal verhindern.
Drehantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsmittel (35) über die Länge des Schlauchkörpers (2) verteilt angeordnet sind.
Drehantrieb nach Anspruch 11 oder 12 , dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsmittel über koaxial zum Schlauchkörper angeordnete, ring- oder gurtartige Elemente verfügen.
Drehantrieb nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsmittel (35) mindestens einen sich koaxial zum Schlauchkörper (2) erstreckenden _Wendelkörper enthalten.
Drehantrieb nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendelrichtung des Wendelkörpers bei als schraubenwendelförmiger Strangstruktur (6) ausgeführter Kraftübertragungsstruktur (20) gleichsinnig oder gegensinnig zur Wendelrichtung der Strangstruktur (6) verläuft.
Drehantrieb nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsmittel (35) zumindest teilweise in die Wandung des Schlauchkörpers integriert sind.
Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch innerhalb und/oder außerhalb des Schlauchkörpers (2) angeordnete Mittel, die die radiale Verformung des Schlauchkörpers (2) zur Vorgabe eines bestimmten Drehwinkels begrenzen, zweckmäßigerweise indem sie eine Anschlagfunktion ausüben.