Druckmittelbetriebene VorrichtungFluid operated device
Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetriebene Vorrichtung zum Verstellen eines Gliedes aus einer Lage in eine andere Lage.The invention relates to a pressure medium-operated device for adjusting a link from one position to another position.
Bei herkömmlichen Vorrichtungen der eingangs genannten Art, wie sie z.B. in der EP 1 035 333 A1 beschrieben sind, sind in der elastischen Wand der Vorrichtung undehnbare Fäden eingebracht, die in Bezug auf die Längsachse der Vorrichtung einen Winkel a = 0 einschließen. Dadurch wird erreicht, dass beim Beaufschlagen der Vorrichtung mit Druckmedium die Arbeitspartie sowohl eine Dreh- bzw. Schwenk- als auch eine Hinbewegung ausübt. Die Axiallänge der Vorrichtung wird hierdurch vergrößert. Wird der Druck in der Vorrichtung abgebaut, übt die Arbeitspartie eine Herbewegung aus und nimmt die ursprüngliche Position ein, und zwar aufgrund der JΞigenelastizität der Wand. Der Aufbau dieser Vorrichtung ist Insofern aufwändig, als die ganze Wand mit Fäden aus einem anderen Werkstoff gleichmäßig versehen sein muss, um die gewünschte Wirkung zu erreichen. Eine kinematische Umkehr der Bewegungen ist bei der bekannten Vorrichtung nicht möglich.In conventional devices of the type mentioned at the outset, such as e.g. In EP 1 035 333 A1, inextensible threads are introduced into the elastic wall of the device, which include an angle a = 0 with respect to the longitudinal axis of the device. It is thereby achieved that when the device is pressurized with pressure medium, the working part exerts both a rotating or swiveling and an outward movement. This increases the axial length of the device. If the pressure in the device is released, the working part moves around and assumes the original position, due to the elasticity of the wall. The construction of this device is complex insofar as the entire wall must be provided with threads made of a different material in order to achieve the desired effect. A kinematic reversal of the movements is not possible in the known device.
Ausgehend von dem obigen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.Starting from the above prior art, the object of the invention is to remedy this. The object is achieved according to the invention by the features of claim 1.
Man erkennt, dass die Erfindung jedenfalls dann verwirklicht ist, wenn es sich um eine druckmittelbetriebene Vorrichtung zum Verstellen mindestens eines Gliedes mit mindestens einer Betätigungspartie handelt, welche die Besonderheit des Anspruches 1 aufweist. Beim Beaufschlagen der Vorrichtung mit Druckmedium (Gas oder Flüssigkeit) kann die Betätigungspartie, je nach Ausgestaltung des Gliedes, unterschiedliche Bewegungen ausüben. Zum einen sind es lineare Hin- und Herbewegungen, zum anderen Schwenk- oder Drehbewegungen bzw. eine Kombination dieser Bewegungen. In der einfachsten Ausgestaltung der Erfindung besteht die Wand des Gliedes z. B. aus Gummi, Silikon oder einem anderen elastomeren Werkstoff, wobei die streifen- oder fadenförmigen Verbindungsmittel als Verdickungen der Wand des Gliedes ausgebildet sein können und somit aus demselben Werkstoff bestehen. Die Verbindungsmittel erstrecken sich in Richtung des Gliedes, sind am Umfang der vorzugsweise zylindrischen Wand gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt, und beim Beaufschlagen der Vorrichtung mit Druckmedium dehnen sie sich weniger aus als der restliche Teil der Wand, der die Eigenschaften von Membranen aufweist. Die Folge davon ist, dass das Volumen des Gliedes sich vergrößert, während seine axiale Länge kürzer wird. Die stirnseitigen Kopfstücke der Vorrichtung, von denen das eine Kopfstück die Betätigungspartie definieren kann und das andere Kopfstück als Einlass für das Druckmedium ausgebildet sein kann, bewegen sich aufeinander zu. Beim Druckabbau nimmt die Vorrichtung ihre ursprüngliche Form ein, und zwar insbesondere aufgrund der eigenen Elastizität der dünnen, membranenartigen Wand. Die vorgeschlagene Vorrichtung besteht somit in ihrer einfachsten Ausführungsform aus einem einzigen Werkstoff und kann durch Spritzen oder Gießen hergestellt werden. Dies hat zur Folge, dass sowohl der Außenumfang als auch die Axiallänge des Gliedes im Bereich von wenigen Millimetern liegen können. Sie können allerdings auch mehrere Meter betragen. So-
mit kann das Glied einerseits die Form eines dünnen hohlen Fadens besitzen und insbesondere in der Medizin oder Elektrotechnik eingesetzt werden. Weist es eine Länge von mehreren Zentimetern oder Metern auf, dann kann die Vorrichtung vorteilhaft im Bereich des Maschinenbaus als Manipulator oder Roboter Verwendung finden.It can be seen that the invention is implemented in any case if it is a pressure-medium-operated device for adjusting at least one link with at least one actuating part, which has the particularity of claim 1. When the device is pressurized with pressure medium (gas or liquid), the actuating part can, depending on the design of the link, perform different movements. On the one hand there are linear back and forth movements, on the other hand swiveling or rotating movements or a combination of these movements. In the simplest embodiment of the invention, the wall of the link consists, for. B. of rubber, silicone or another elastomeric material, wherein the strip or thread-shaped connecting means can be formed as thickened portions of the wall of the link and thus consist of the same material. The connecting means extend in the direction of the link, are distributed uniformly or unevenly on the circumference of the preferably cylindrical wall, and when the device is pressurized with pressure medium, they expand less than the remaining part of the wall, which has the properties of membranes. The result of this is that the volume of the limb increases while its axial length becomes shorter. The end head pieces of the device, of which one head piece can define the actuating part and the other head piece can be designed as an inlet for the pressure medium, move towards one another. When the pressure is reduced, the device assumes its original shape, in particular due to the elasticity of the thin, membrane-like wall. In its simplest embodiment, the proposed device thus consists of a single material and can be produced by injection molding or casting. As a result, both the outer circumference and the axial length of the link can be in the range of a few millimeters. However, they can also be several meters. So- with the link can have the shape of a thin hollow thread and can be used in particular in medicine or electrical engineering. If it has a length of several centimeters or meters, the device can advantageously be used in the field of mechanical engineering as a manipulator or robot.
Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further expedient and advantageous refinements of the invention emerge from the subclaims.
Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das vorzugsweise längliche und im Querschnitt ringförmige Glied mindestens zwei ringförmige Körper aufweist, die mit der Wand und mit den Verbindungsmitteln betriebsgemäß verbunden und mit Abstand zueinander angeordnet sind, wobei im Betriebszustand der Vorrichtung der Innenumfang der Körper kleiner ist als der maximale Innenumfang des Gliedes. Dabei ist zweckmäßig, wenn die Körper mit zwei, drei oder mehreren Verbindungsmitteln verbunden sind. Im Rahmen dieser Erfindungsgedanken ist besonders zweckmäßig, wenn die Verbindungsmϊttel sich in Richtung der Achse des Gliedes oder leicht schräg zur Achse erstrecken. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass das Glied lineare Hin- und Herbewegungen ausüben kann. Sind die Verbindungsmittel am Umfang des Gliedes ungleichmäßig verteilt, dann übt das Glied beim Beaufschlagen mit Druckmitteln Schwenkbewegungen aus, denn eine axiale Seite des Gliedes ist hierbei mehr nach außen gewölbt als die andere.A particularly expedient embodiment of the invention provides that the preferably elongate member which is annular in cross section has at least two annular bodies which are operatively connected to the wall and with the connecting means and are arranged at a distance from one another, the inner circumference of the bodies in the operating state of the device is smaller than the maximum inner circumference of the link. It is useful if the bodies are connected with two, three or more connecting means. In the context of these inventive ideas, it is particularly expedient if the connecting means extend in the direction of the axis of the link or slightly obliquely to the axis. This measure ensures that the limb can perform linear back and forth movements. If the connecting means are distributed unevenly on the circumference of the link, then the link exerts swiveling movements when pressure medium is applied, because one axial side of the link is curved more outwards than the other.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verbindungsmittel Teil der Wand oder in dieser eingebettet sind, wodurch eine besonders einfache Herstellung der Vorrichtung gewährleistet ist.
Handelt es sich um eine Vorrichtung mit mindestens einem zylinderförmigen Glied, dessen endseitigen Kopfstücke jeweils einen Körper aufweisen, dann ist es zweckmäßig, wenn das Glied zwei, drei, vier, fünf oder eine Vielzahl von Körpern aufweist, die zusammen mit dem Verbindungsmittel ein Netz definiert, wobei die Fenster des Netzes als elastische Membranen ausgebildet sind. Im Rahmen dieses Erfindungsgedankens ist es zweckmäßig, wenn im Bereich des einen Kopfstückes der Mediumanschluss angeordnet ist, während das andere Kopfstück die Betätigungspartie trägt.A further expedient embodiment of the invention provides that the connecting means are part of or embedded in the wall, which ensures particularly simple manufacture of the device. If it is a device with at least one cylindrical link, the end head pieces of which each have a body, then it is expedient if the link has two, three, four, five or a plurality of bodies which, together with the connecting means, define a network , wherein the windows of the network are designed as elastic membranes. In the context of this inventive concept, it is expedient if the medium connection is arranged in the region of one head piece, while the other head piece carries the actuating part.
Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Glied in einer Ansicht U-förmig ist und zwei aufeinander zu bewegbare Betätigungspartien aufweist. Durch diese Maßnahmen ist z. B. eine einfache Herstellung eines Greifarmes gewährleistet. Im Rahmen dieses Erfindungsgedankens ist es zweckmäßig, wenn die Vorrichtung eine Vielzahl von U-förmigen Gliedern aufweist. Hierdurch erhält man ein System von Greifarmen, die gleichzeitig unterschiedliche Gegenstände greifen können.A particularly expedient embodiment of the invention provides that the link is U-shaped in one view and has two actuating parts that can be moved towards one another. Through these measures z. B. ensures easy manufacture of a gripper arm. In the context of this inventive idea, it is expedient if the device has a plurality of U-shaped members. This gives you a system of gripper arms that can grab different objects at the same time.
Handelt es sich um eine Vorrichtung, bei der das Glied mit elektrischen Strom leitenden Mitteln versehen ist, die vorzugsweise innerhalb des Gliedes angeordnet und mit Betäjigungspartien verbunden sind, dann kann das Glied bzw. die Vorrichtung als Kontaktelement dienen.If it is a device in which the link is provided with electrical current-conducting means, which are preferably arranged within the link and are connected to actuating parts, then the link or the device can serve as a contact element.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.Some embodiments of the invention are shown schematically in the drawing and are explained in more detail below.
Es zeigenShow it
Fig. 1 einen Axialschnitt der Vorrichtung,
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil der Vorrichtung, und zwar1 shows an axial section of the device, Fig. 2 shows a section through part of the device, namely
a) vor der Beaufschlagung, b) nach der Beaufschlagung und c) einen Radialschnitt,a) before the application, b) after the application and c) a radial section,
Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine andere Ausführungsform des Gliedes, und zwarFig. 3 is an axial section through another embodiment of the link, namely
a) vor der Beaufschlagung und b) nach der Beaufschlagung,a) before the application and b) after the application,
Fig. 4 einen Querschnitt eines Gliedes, das sich radialseitig ausdehnt, und zwarFig. 4 shows a cross section of a member that extends radially, namely
a) vor der Beaufschlagung und b) nach der Beaufschlagung,a) before the application and b) after the application,
Fig. 5 einen Querschnitt durch ein weiteres Glied, wobeiFig. 5 shows a cross section through a further link, wherein
a) eine radiale Verengung des Spaltes ohne Druck und b) mit Druck darstellt,a) represents a radial narrowing of the gap without pressure and b) with pressure,
Fig. 6 eine weitere Ausführung des Gliedes in Seitenansicht, und zwarFig. 6 shows another embodiment of the link in side view, namely
a) vor Druckbeaufschlagung und b) nach Druckbeaufschlagung,
Fig. 7 das Endstück eines Gliedes im Querschnitt, und zwara) before pressurization and b) after pressurization, Fig. 7 shows the end piece of a link in cross section
a) vor Druckbeaufschlagung und b) nach Druckbeaufschlagung,a) before pressurization and b) after pressurization,
Fig. 8 einen Querschnitt durch ein weiteres Glied, und zwarFig. 8 shows a cross section through a further link, namely
a) vor Druckbeaufschlagung und b) nach Druckbeaufschlagung,a) before pressurization and b) after pressurization,
Fig. 9 mehrere Glieder zusammengefasst und in axialer Richtung dehnbar, und zwarFig. 9 summarized several links and expandable in the axial direction, namely
a) vor Druckbeaufschlagung und b) nach Druckbeaufschlagung,a) before pressurization and b) after pressurization,
Fig. 10 ein U-förmiges Glied in Seitenansicht, und zwarFig. 10 is a U-shaped member in side view, namely
a) vor Druckbeaufschlagung und b) nach Druckbeaufschlagung.a) before pressurization and b) after pressurization.
In Fig. 1 und 2 ist eine druckmittelbetriebene Vorrichtung mit einem hohlkörperartigen und elastisch formbaren Glied 20 dargestellt, das eine Betätigungspartie 8 aufweist. Die Betätigungspartie 8 ist aus einer Lage in eine andere Lage verstellbar, und zwar in Richtung der Achse A. Ferner besitzt das Glied mehrere verformbare und abstandsfrei zur Wand 5 des Gliedes 20 angeordnete Verbindungselemente 4, die sich ebenfalls in Richtung der Achse A erstrecken, aus demselben Material wie die Wand 5 bestehen und die Betätigungspartie 8 mit dem Einlass 3 für das Druckmedium verbinden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
besteht das aus einem einzigen Werkstoff hergestellte Glied 20 aus Gummi oder einem anderen elastomeren Werkstoff. Die Verbindungsmittel 4 sind in Form von Stegen ausgebildet, vgl. insbesondere Fig. 2c, und sind inte-graler Bestandteil der Wand 5. Die Verbindungsmittel 4 sind somit ebenfalls dehnbar, allerdings deutlich weniger als die membranenartige Wand 5.1 and 2, a pressure medium-operated device is shown with a hollow body-like and elastically formable member 20 which has an actuating section 8. The actuating part 8 can be adjusted from one position to another, namely in the direction of the axis A. Furthermore, the link has a plurality of deformable connecting elements 4, which are arranged free from the wall 5 of the link 20 and also extend in the direction of the axis A. the same material as the wall 5 and connect the actuating section 8 with the inlet 3 for the pressure medium. In the present embodiment the link 20 made of a single material consists of rubber or another elastomeric material. The connecting means 4 are designed in the form of webs, cf. 2c in particular, and are an integral part of the wall 5. The connecting means 4 are thus also stretchable, but significantly less than the membrane-like wall 5.
Die Fig. 1 und 2 lassen ferner erkennen, dass das vorzugsweise längliche und im Querschnitt ringförmige Glied 20 mehrere ringförmige Körper 4.1 besitzt, die mit der Wand 5 und den Verbindungsmittelη 4 betriebsgemäß verbunden und mit Abstand zueinander angeordnet sind. Auf der Innenseite der Wand 5 sind wulstartige Ringe 4.2 angeformt, die in der gleichen Ebene liegen wie die Körper 4.1 . Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass die Ausdehnung des Gliedes 20 im Bereich der Ringe bzw. wulstartigen Verstärkungen 4.2 minimiert wird. Die Folge davon ist, dass beim Beaufschlagen des Gliedes mit Druckmedium der axiale Querschnitt des Gliedes wellenförmig wird, wie Fig. 2 erkennen lässt. Da auch die Verbindungsmittel 4 in Bezug auf die Wand 5 kaum ausdehnbar sind, verringert sich die Axiallänge des Gliedes, wobei sich die Betätigungspartie 8 in Richtung des Einlasses 3 bewegt.1 and 2 also show that the preferably elongate and ring-shaped member 20 has a plurality of ring-shaped bodies 4.1 which are operatively connected to the wall 5 and the connecting means 4 and are arranged at a distance from one another. Bead-like rings 4.2 are formed on the inside of the wall 5 and lie in the same plane as the bodies 4.1. These measures ensure that the expansion of the link 20 in the area of the rings or bead-like reinforcements 4.2 is minimized. The consequence of this is that when the member is pressurized with pressure medium, the axial cross section of the member becomes wavy, as can be seen in FIG. 2. Since the connecting means 4 are also hardly expandable with respect to the wall 5, the axial length of the link is reduced, the actuating part 8 moving in the direction of the inlet 3.
Ferner lässt Fjg. 1 erkennen, dass im Glied 20 im Bereich der Betätigungspartie 8 ein elektrischer Fühler 12 und eine Elektrode 30 angeordnet sind, die über elektrische Leiter 1 1 mit einer anderen Elektrode 12 bzw. 13 verbunden sind, die in Bezug auf andere Körper über eine Isolierung abgedeckt sind. Der Kopf 2 des Gliedes 20 kann daher als Kontaktgeber für elektrische Elemente dienen.Furthermore, Fig. 1 recognize that an electrical sensor 12 and an electrode 30 are arranged in the link 20 in the area of the actuating part 8, which are connected via electrical conductors 11 to another electrode 12 or 13, which is covered with insulation in relation to other bodies are. The head 2 of the link 20 can therefore serve as a contactor for electrical elements.
Die Ausführungsform nach Fig. 3 lässt erkennen, dass das Glied 10.1 in seiner Ausgangsstellung (Fig. 3a) nach innen zu gewölbte Wände 5 aufweist, die bei Beaufschlagung (Fig. 3b) parallel zur Achse A verlaufen und das Glied um das Maß Δ verlängert wird.
In Fig. 4 ist dargestellt, dass bei Beaufschlagung des Gliedes eine Radialvergrößerung erfolgt, wobei eine Position gemäß Fig. 4b erreicht wird.The embodiment according to FIG. 3 shows that the link 10.1 in its starting position (FIG. 3a) has walls 5 which are curved towards the inside, which when loaded (FIG. 3b) run parallel to the axis A and lengthen the link by the dimension Δ becomes. FIG. 4 shows that when the link is acted on, a radial enlargement takes place, a position according to FIG. 4b being reached.
Im Gegensatz zu Fig. 4 ist in Fig. 5 eine radiale Verkleinerung eines Spaltes dargestellt, wobei in Fig. 5a das Glied vor der Beaufschlagung und in der Fig. 5b nach der Beaufschlagung mit Druckmitteln dargestellt ist.In contrast to FIG. 4, a radial reduction of a gap is shown in FIG. 5, the link before the application of pressure medium in FIG. 5a and after the application of pressure medium in FIG. 5b.
In Fig. 6 verlaufen die Verbindungsmittel 4 quer zur Achse A, so'dass beim Beaufschlagen (Fig. 6b) es zur Drehung der Endpartie um einen Winkel ψ kommt.In FIG. 6, the connection means 4 extend transverse to the axis A, so 'that when pressure is applied (Fig. 6b), there is ψ for rotation of the end portion at an angle.
Fig. 7 zeigt ein Glied, bei dem die eine axiale Hälfte eine größere Wandstärke als die andere Hälfte hat, so dass das obere Teil die eigentliche Wand 5 bildet, während das untere Teil das Verbindungsmittel 4 definiert. Bei Beaufschlagung erfolgt ein Verschwenken des Gliedes nach unten.7 shows a link in which one axial half has a greater wall thickness than the other half, so that the upper part forms the actual wall 5, while the lower part defines the connecting means 4. When loaded, the link is pivoted downward.
In Fig. 8 ist eine Kombination der Glieder nach Fig. 2 und 7 dargestellt, so dass das Glied beim Beaufschlagen in axialer Richtung verkürzt wird, und zwar um Δ, und gleichzeitig verschwenkt wird nach unten.FIG. 8 shows a combination of the links according to FIGS. 2 and 7, so that the link is shortened when loaded in the axial direction, namely by Δ, and is simultaneously pivoted downwards.
In Fig. 9 sind drei Glieder vor der Beaufschlagung (Fig. 9a) und nach der Beaufschlagung (Fig. 9b) dargestellt.In Fig. 9 three members are shown before the application (Fig. 9a) and after the application (Fig. 9b).
Schliesslich zeigt Fig. 10 ein großes U-förmiges Glied, dessen Partien sich bei Beaufschlagung aufeinander zu bewegen.
Finally, Fig. 10 shows a large U-shaped member, the parts of which move towards one another when acted upon.