WO2004094754A1 - Variables pneumatisches bauelement - Google Patents

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WO2004094754A1
WO2004094754A1 PCT/CH2004/000155 CH2004000155W WO2004094754A1 WO 2004094754 A1 WO2004094754 A1 WO 2004094754A1 CH 2004000155 W CH2004000155 W CH 2004000155W WO 2004094754 A1 WO2004094754 A1 WO 2004094754A1
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WO
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pressure
length
hollow body
component according
pneumatic
Prior art date
Application number
PCT/CH2004/000155
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf H. Luchsinger
Original Assignee
Prospective Concepts Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to US10/554,192 priority patent/US20060249954A1/en
Publication of WO2004094754A1 publication Critical patent/WO2004094754A1/de

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H15/00—Tents or canopies, in general
    • E04H15/20—Tents or canopies, in general inflatable, e.g. shaped, strengthened or supported by fluid pressure

Definitions

  • the present invention relates to means for changing the operating parameters in a pneumatic component according to the preamble of claim 1.
  • Such pneumatic components also called components below, are known per se, for example from WO 01/73245 (DI).
  • the component consists of a textile-reinforced, flexible, gas-tight hollow body, for example.
  • On the outside at least one pressure rod running along a surface line is arranged on the outside in such a way that it cannot buckle.
  • two tension elements are attached, which loop around the essentially tubular hollow body in the opposite direction of screwing and cross each other on a surface line of the hollow body, which lies opposite that of the pressure rod, over half the length of the hollow body.
  • the places where the compression rod is connected to the tension elements are nodes, into which the contact forces are also introduced. This means that no bending moments are introduced into the pneumatic component except for those that result from the payload - and the weight - of the component.
  • Means for changing the operating parameters of such components are also already known from CH patent application CH 2003 0494/03 (D2).
  • the component disclosed in Dl has various disadvantages that manifest themselves during operation: the component or a combination of several components is pressurized with compressed air during assembly via one or more valves and then maintains the pressurized amount of compressed air.
  • the three main operating parameters of the element viewed in isolation from external loads, are the pressure in the hollow body, the tensile stress in the tensile elements and the compressive stress in the compression rod. They are defined by the geometry of the individual parts and by the initially selected operating pressure in the hollow body. With the exception of the pressure in the hollow bodies, as long as it is regulated via valves and pressure lines during the entire operation, the sizes remain essentially unchanged when the component is unloaded and cannot be adapted to special operating conditions.
  • the means for electrical variation of the operating parameters disclosed in D2 consist of a device for electrothermally fluid-reinforced change of hollow body overpressure and the use of electroactive materials to increase and decrease the tension and compression element tension or its length.
  • the object of the present invention is to provide pneumatic components with tension and compression elements, the operating parameters of which hollow body overpressure and tension and compression element tension can be varied, controlled and regulated either individually or simultaneously using proven pneumatic, hydraulic or mechanical means.
  • Such a control device is very advantageous, for example to compensate for pressure changes caused by temperature fluctuations; it enables automatic safety, energy and shape control of components and turns the component into an intelligent, adaptive structure that can be meaningfully adapted to the changing circumstances due to changing operating parameters.
  • the most urgent need for regulation is therefore with the parameter hollow body pressure, in particular because, as the pressure increases, the tension in the tension elements and thus also in the compression rod is increased.
  • the ideal gas law there are basically three options for regulating the pressure: changing the volume, changing the amount of gas and changing the temperature.
  • the last option plays a role, for example, in an application in space where no atmospheric gas is available to act on the hollow body and where the temperature can be regulated with more or less shading of the hollow body and thus solar energy can be used for heating. In most other cases it is easier and cheaper to regulate the pressure by changing the amount of gas. This is all the more true since the pressures in the pneumatic components are not very high ( ⁇ lbar), which keeps the energy required for the compression of the air low.
  • the hollow body internal pressure can be kept in the selected pressure range by means of control and regulating electronics in connection with a pressure sensor. If the pressure sensor connected to the control electronics reports that the selected maximum hollow body pressure has been exceeded, the control electronics opens a discharge valve and allows enough compressed air to escape from the hollow body until the pressure is again within the selected pressure range. If the selected minimum pressure is undershot, additional compressed air is applied to the hollow body at the instigation of the control electronics. This compressed air is provided, for example, by a pressure accumulator or directly by a compressor. According to the invention is also the addition of the control electronics described above with at least one temperature sensor mounted in or on the component.
  • FIG. 1 shows an isometric view of a pneumatic component according to the prior art
  • FIGS. 2a, b, c are schematic representations of a first embodiment of an actuator unit for overcoming longer travel ranges
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment with a variable tension element length
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a third exemplary embodiment with a variable printing rod length
  • Fig. 5 is a schematic representation of a fourth
  • Embodiment of an actuator unit with force reversal Embodiment of an actuator unit with force reversal.
  • FIG. 1 is an isometric view of a pneumatic component according to the prior art. It is constructed from an essentially cylindrical, gas-tight hollow body 1 of length L, diameter D and with two caps 5. A pressure rod 2 is clamped between two node elements 3. Two tension elements 4 are also fastened to this, which are guided around the hollow body 1 in opposite screwing directions and bear tightly against the latter. The tension elements 4 cross each other on a surface line 6, which runs opposite the pressure rod 2, on half the length of the cylindrical hollow body 1 at an intersection 7.
  • FIGS. 2 and 5 show actuator units 12 for changing the lengths of the tension elements or the compression rod.
  • Possible actuators 11 for generating voltage are either directly or as part of an actuator unit 12 for generating compressive stress:
  • Pressure bubble on pressure A flexible, tight envelope lies between two stops and pushes them apart as soon as they are pressurized with a fluid.
  • Hydraulic or pneumatic cylinders Hydraulic or pneumatic cylinders.
  • Pneumatic artificial muscle e.g. McKibben muscle - implementation of a rotation by means of a rope or chain drive.
  • a compressive force can also be generated with each pull actuator by means of a suitable mechanical force conversion and vice versa. This can be done, for example, by overlapping the two connections 8, 9 which are moved relative to one another, as a result of which a divergent movement - the two outer ends of the actuator 11 move away from one another - converges - the two connections 8, 9 of the actuator unit 12 approach each other , How this can be solved in detail is known to any person skilled in the art.
  • FIGS. 2a to 2c are schematic representations of a linear actuator unit 12 with two locking units 10a, b an actual linear actuator 11 with a maximum actuating travel A £ and two connections 8, 9, which transmit the movement of the actuator 11.
  • Very small travel ranges of linear actuators 11 can be used in this way for larger movements.
  • the combination of locking and actuator movement enables the limited, maximum travel of any linear actuator 11 can be added to long total travel. This works analogously to the principle of locomotion of a caterpillar:
  • 2a shows the actuator unit 12 in the starting position. Both ends of the actuator 11 are detachably fixed to the connection 8 by means of the locking units 10a, b.
  • the fixation can, to name two specific examples, be carried out by means of clamping devices or, if a toothed rack is attached to the connection 8, by means of braked gears. Other possibilities are known to the person skilled in the art.
  • the locking unit 10a is released and the actuator 11 is extended to its maximum length, as shown in FIG. 2b.
  • the locking unit 10a is then fixed at the new location on the connection 8 and then the locking unit 10b is released.
  • 2c shows the actuator unit 12 after the actuator 11 has been shortened again to its minimum length.
  • the locking unit 10b can now also be fixed again.
  • the actuator unit 12 has been shortened by the length AI and is ready for a further step. Control electronics and at least one sensor for determining the relative position of the connection 8 with respect to the connection 9 are provided for controlling this process.
  • a first possibility for extending the pressure rod 2, or the length between the two node elements 3, is to leave the pressure rod 2 unchanged per se, but to move a node element 3 along the pressure rod 2 and thus increase the effective length between the nodes 3 vary.
  • the node 3 can be displaced by means of a toothed rack, a screw drive or also by means of a pneumatic or hydraulic cylinder.
  • a second possibility, illustrated in FIG. 4, consists in making the pressure rod 2 itself variable in length.
  • it is divided into at least two parts, for example, and these two parts can be displaced in the axial direction by means of an actuator 11 or an actuator unit 12.
  • the nodes 3 are each non-positively connected to one of the pressure rod parts.
  • the actuator or an actuator unit 12 is attached directly to the node element 3. If the actuator 11 is attached between a node 3 and one end of the pressure rod 2, the pressure rod 2 need not be made in two parts.
  • the dashed line represents the actuator 11, which is extended by a maximum of AI.
  • the compression rod 2 itself as an actuator 11, for example as a cylinder-piston arrangement, as a rack and pinion combination or as a screw drive.
  • actuator 11 for example as a cylinder-piston arrangement, as a rack and pinion combination or as a screw drive.
  • Many other designs and actuator arrangements are possible for changing the length of the pressure rod 2 and it is up to the person skilled in the art to use suitable means.
  • Fig. 3 shows an example of the variation of the tension elements.
  • the tension on the at least two tension elements 4 should be the same. This must be taken into account for the arrangement of the actuators 11. Either an actuator 11 is attached for each tension element 4 or - more simply and as shown in FIG. 3 - the tension elements 4 are bundled shortly before the node 3 and varied in the same direction with a single actuator 11 or an actuator unit 12.
  • the introduction of force of the tension elements 4 into the node 3 is slightly falsified, but this is not a problem in the case of relatively small actuator dimensions (see the above information on the expansion only in the range of parts per thousand).
  • the tension elements 4 and actuator 11 shown in dashed lines in FIG. 3 show the state of the exemplary embodiment with a maximum shortening of the actuator 11 by the length At.
  • the same tension or length sensors have the same.
  • the sensors measure the voltage state of the component at any time, determined by external factors such as loads or temperature, while the actuators interact with a programmable elec- tronic circuit allow a targeted adjustment of this state.

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Abstract

Die Länge der Zugelemente (4) eines pneumatischen Bauelementes bestehend aus einem Hohlkörper (1) mindestens zwei Zugelementen (4), zwei Kappen (5), mindestens zwei Knoten (3) und mindestens einem Druckstab (2) kann pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch um Δl variiert werden. Ein Aktor (11) oder eine Aktoreinheit (12) ist zwischen den Enden der Zugelemente (4) und einem Knoten (3) angebracht. Mittels Steuer- und Regelelektronik sowie Sensoren kann die Zugspannung in den Zugelementen (4) den Umständen angepasst werden.

Description

Variables pneumatisches Bauelement
Die vorliegende Erfindung betrifft Mittel zur Veränderung der Betriebsparameter bei einem pneumatischen Bauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Solche pneumatische Bauelemente, im Folgenden auch Bauelemente genannt, sind an sich bekannt, beispielsweise aus WO 01/73245 (Dl) . Dabei besteht das Bauelement aus einem beispielsweise tex- tilarmierten flexiblen gasdichten Hohlkörper. An diesem ist auf der Aussenseite mindestens ein längs einer Mantellinie verlaufender Druckstab so angeordnet, dass er nicht ausknik- ken kann. An den Enden dieses Druckstabes sind zwei Zugelemente befestigt, welche den im Wesentlichen rohrförmigen Hohlkörper in gegenläufigem Schraubungssinne einmal umschlingen und einander auf einer Mantellinie des Hohlkörper, welche jener des Druckstabes gegenüberliegt, auf der halben Länge des Hohlkörpers überkreuzen. Die Stellen, wo der Druckstab mit den Zugelementen verbunden ist, sind Knoten, in welche auch die Auflagekräfte eingeleitet werden. Damit werden in das pneumatische Bauelement keine Biegemomente eingeführt au- sser jenen, die aus der Nutzlast - und dem Gewicht - des Bauelementes herrühren. Mittel für die Veränderung der Betriebsparameter solcher Bau- elemente sind ebenfalls bereits bekannt aus dem CH Patentgesuch CH 2003 0494/03 (D2).
Das in Dl offenbarte Bauelement weist verschiedene, sich im Betrieb äussernde Nachteile auf: Das Bauelement oder eine Kombination mehrerer Bauelemente wird beim Aufbau über ein oder mehrere Ventile mit Druckluft beaufschlagt und behält anschliessend die beaufschlagte Druckluftmenge bei. Die drei wesentlichen Betriebsparameter des Elementes sind, isoliert von äusseren Lasten betrachtet, der Druck im Hohlkörper, die Zugspannung in den Zugelementen und die Druckspannung im Druckstab. Sie sind definiert durch die Geometrie der Einzelteile und durch den anfänglich gewählten Betriebsdruck im Hohlkörper. Mit Ausnahme des Druckes in den Hohlkörpern, sofern er über Ventile und Druckleitungen während des ganzen Betriebes geregelt wird, bleiben die Grossen beim unbelasteten Bauelement im Wesentlichen unverändert und können nicht an besondere Be- triebszustände angepasst werden. Die in D2 offenbarten Mittel zur elektrischen Variation der Betriebsparameter bestehen aus einer Vorrichtung zur elektrothermisch fluidverstärkten Hohlkörperüberdruckveränderung und aus der Verwendung elektroak- tiver Werkstoffe zur Erhöhung und Verminderung der Zug- und Druckelementspannung respektive deren Länge.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung von pneumatischen Bauelementen mit Zug- und Druckelementen, deren Betriebsparameter Hohlkörperüberdruck und Zug- und Druckelementspannung auf einfache Weise und mit bewährten pneumatischen, hydraulischen oder mechanischen Mitteln entweder einzeln oder simultan variiert, kontrolliert und geregelt werden können.
Eine derartige Kontrollvorrichtung ist sehr vorteilhaft, um beispielsweise durch Temperaturschwankungen hervorgerufene Druckveränderungen auszugleichen; sie ermöglicht eine selbsttätige Sicherheits-, Energie- und Formkontrolle von Bauteilen und macht aus dem Bauelement eine intelligente, adaptive Struktur, welche sinnreich den aufgrund von veränderlichen Betriebsparametern wechselnden Umständen angepasst werden kann.
Die Lösung der Aufgabe ist wiedergegeben im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 hinsichtlich ihrer wesentlichen Merkmale, in den weiteren Ansprüchen hinsichtlich ergänzender vor- teilhafter Ausbildungen.
Abgesehen von äusseren Lasten oder Kräften üben Temperaturschwankungen unter normalen Umständen den Haupteinfluss auf die Betriebsparameter aus. Meteorologisch und klimatisch be- dingt ergeben sich schnell Temperaturunterschiede von ±20°C und mehr. Die Grössenordnungen der dadurch verursachten Parameteränderungen werden im Folgenden kurz veranschaulicht: Der grössten relativen Änderung unterliegt der Hohlkörperinnendruck. Bei einem Temperaturanstieg von 0°C auf 20°C nimmt der Druck eines trockenen Gases unter der Annahme gleichbleibenden Volumens um rund 7%, bei einem Anstieg auf 30°C um 11% zu. Die Temperaturausdehnung eines Druckstabes aus Aluminium beträgt für eine Temperaturdif erenz von 20°C 0.05% (auf 10m ergibt dies 5mm Ausdehnung) .
Für die Zugelemente, die in erster Näherung der Länge des Druckstabes entsprechen (für γ=L/D*20), sind absolute Längen- änderungen in derselben Grössenordnung zu erwarten falls Stahlseile benutzt werden. Faserverbund-Kunststoffe weisen je nach Art einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der circa doppelt so gross, auf jeden Fall aber grösser ist als derjenige von Aluminium.
Der akuteste Regelbedarf besteht also beim Parameter Hohlkörperdruck, insbesondere weil mit Erhöhung des Druckes gleichzeitig die Spannung in den Zugelementen und somit auch im Druckstab erhöht wird. Zur Regulierung des Druckes bestehen gemäss dem idealen Gasgesetz prinzipiell drei Möglichkeiten: Die Änderung des Volumens, die Änderung der Gasmenge und die Änderung der Temperatur. Die letzte Möglichkeit spielt beispielsweise bei einer Anwen- düng im Weltall eine Rolle, wo kein atmosphärisches Gas zum Beaufschlagen des Hohlkörpers zur Verfügung steht und wo die Temperatur mit mehr oder weniger Abschattung des Hohlkörpers reguliert werden kann und somit Sonnenenergie zur Beheizung genutzt werden kann. In den meisten anderen Fällen ist es einfacher und günstiger, den Druck durch Veränderung der Gasmenge zu regulieren. Dies gilt umso mehr als die Drucke in den pneumatischen Bauelementen nicht sehr gross sind (<lbar) , was die notwendige Energie für die Kompression der Luft gering hält. Ein Beispiel für eine Druckregulierung durch Änderung des Volumens wurde in D2 offenbart. Natürlich ist es möglich, das Volumen durch Einbringen eines Körpers, direkt oder in einer Hülle, fest oder flüssig, zu verringern und so den Druck im Hohlkörper zu erhöhen. Solche Vorrichtungen mindern aber den Gewichtsvorteil des Bauelementes oder machen ihn gar zunichte.
Die Methode, welche praktischerweise für die Druckregulierung bleibt, ist somit das Einbringen eines Gases oder eines Gasgemisches zur Erhöhung und das Ablassen desselben zur Erniedrigung des Druckes. Denkbar ist dazu die Verwendung von verflüssigten Gasen. Dafür gilt aber erneut, dass deren Einsatz teuer und aufwändig ist und daher lediglich in der Raumfahrt, wo keine Atmosphäre vorhanden ist, angewendet werden muss. Ansonsten besteht die günstigste Lösung darin, Umgebungsluft mittels eines Kompressors in den Hohlkörper hineinzupumpen. Dabei spielt es keine Rolle, ob der Kompressor im Bauelement integriert ist oder das komprimierte Medium ventilgesteuert via Druckleitungen auf mehrere Bauelemente verteilt wird. Es ist ausserdem unerheblich, wie dieser Kompressor betrieben wird. Denkbar ist eine Wärmekraftmaschine oder ein Elektromotor. Dem Fachmann sind weitere Energiequellen zum Betrieb eines solchen Kompressors oder einer Luftpumpe hinlänglich be- kannt und werden hier nicht näher erläutert.
Der Hohlkörperinnendruck kann mittels einer Steuer- und Regelelektronik in Verbindung mit einem Drucksensor im gewählten Druckbereich gehalten werden. Meldet der mit der Regelelektronik verbundene Drucksensor eine Überschreitung des gewähl- ten maximalen Hohlkörperinnendruckes, so öffnet die Regelelektronik ein Ablassventil und lässt soviel Druckluft aus dem Hohlkörper entweichen, bis der Druck wieder innerhalb des gewählten Druckbandes befindet. Im Falle einer Unterschreitung des gewählten Minimaldruckes wird der Hohlkörper auf Veran- lassung der Regelelektronik mit zusätzlicher Druckluft beaufschlagt. Diese Druckluft wird z.B von einem Druckspeicher oder direkt von einem Kompressor bereitgestellt. Erfindungs- gemäss ist auch die Ergänzung der oben beschriebenen Regelelektronik mit mindestens einem im oder am Bauelement ange- brachten Temperatursensor.
Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in den beigefügten Zeichnungen wird der Erfindungsgegenstand näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Isometrie eines pneumatischen Bauelementes nach dem Stande der Technik,
Fig. 2a,b,c eine schematische Darstellungen eines ersten Ausführungsbeispiels einer Aktoreinheit zur Überwin- düng grösserer Stellwege,
Fig. 3 eine schematische Darstellungen eines zweiten Ausführungsbeispiels mit variierbarer Zugelementlänge,
Fig. 4 eine schematische Darstellungen eines dritten Ausführungsbeispiels mit variierbarer Druckstablänge,
Fig. 5 eine schematische Darstellungen eines vierten
Ausführungsbeispiels einer Aktoreinheit mit Kraftumkehrung .
Fig. 1 ist eine Isometrie eines pneumatischen Bauelementes gemäss dem Stande der Technik. Es ist aufgebaut aus einem im Wesentlichen zylindrischen gasdichten Hohlkörper 1 der Länge L, dem Durchmesser D und mit zwei Kappen 5. Ein Druckstab 2 ist zwischen zwei Knotenelementen 3 eingespannt. An diesem sind auch zwei Zugelemente 4 befestigt, welche in gegenläufi- gem Schraubungssinne um den Hohlkörper 1 geführt sind und an diesem straff anliegen. Die Zugelemente 4 überkreuzen einander auf einer Mantellinie 6, welche dem Druckstab 2 gegenüber verläuft, auf der halben Länge des zylindrischen Hohlkörpers 1 an einer Kreuzungsstelle 7.
Fig. 2 und Fig. 5 zeigen Aktoreinheiten 12 zur Veränderung der Längen der Zugelemente oder des Druckstabes. Als Aktoren 11 zur Spannungserzeugung kommen in Frage entweder direkt oder als Teil einer Aktoreinheit 12, zur Erzeugung von Druckspannung:
Druckblase auf Druck. Eine flexible, dichte Hülle liegt zwischen zwei Anschlägen und drückt diese auseinander, sobald sie mit einem Fluid unter Druck gesetzt wird.
Hydraulik- oder Pneumatikzylinder.
Gewindetrieb.
Zahnstange in Kombination mit Zahnrädern.
zur Erzeugung von Zugspannung:
Druckblase auf Zug beansprucht.
Pneumatischer künstlicher Muskel (PAM Pneumatic Artifi- cial Muscle) z.B. McKibben-Muskel - Umsetzung einer Rotation mittels Seil- oder Kettentrieb.
Gewindetrieb.
Zahnstange in Kombination mit Zahnrädern.
Gemäss Fig. 5 kann die Variation der Spannungen an sich so- wohl im Druckstab 2 als auch in den Zugelementen 4 mit denselben Aktoren 11 herbeigeführt werden. Wie in Fig. 5 schematisch dargestellt, kann nämlich mit jedem Zugaktor mittels geeigneter mechanischer Kraftumsetzung auch eine Druckkraft erzeugt werden und umgekehrt. Dies kann zum Beispiel via Überlappung der beiden gegeneinander bewegten Anschlüsse 8,9 erfolgen, wodurch aus einer divergenten Bewegung - die beiden äusseren Enden des Aktors 11 entfernen sich voneinander - eine konvergente wird - die beiden Anschlüsse 8,9 der Aktoreinheit 12 nähern sich einander an. Wie das im Detail gelöst werden kann ist jedem Fachmann bekannt.
Fig. 2a bis 2c sind schematische Darstellungen einer linearen Aktoreinheit 12 mit zwei Feststelleinheiten 10a, b einem eigentlichen linearen Aktor 11 mit einem maximalen Stellweg A£ und zwei Anschlüssen 8,9, welche die Bewegung des Aktors 11 übertragen. Sehr kleine Stellwege linearer Aktoren 11 können auf diese Weise für grössere Bewegungen genutzt werden. Durch die Kombination von Arretierung und Aktorbewegung kann der begrenzte, maximale Stellweg eines beliebigen Linearaktors 11 zu langen Gesamtstellwegen addiert werden. Dies funktioniert analog dem Fortbewegungsprinzip einer Raupe:
Fig. 2a zeigt die Aktoreinheit 12 in Ausgangsposition. Beide Enden des Aktors 11 sind mittels der Feststelleinheiten 10a, b lösbar am Anschluss 8 fixiert. Die Fixierung kann, um zwei konkrete Beispiele zu nennen, mittels Klemmvorrichtungen oder, falls am Anschluss 8 eine Zahnstange angebracht ist, mittels gebremster Zahnräder erfolgen. Weitere Möglichkeiten sind dem Fachmann bekannt. Im nächsten Schritt wird die Feststelleinheit 10a gelöst und der Aktor 11 wird auf seine Maximallänge ausgefahren, wie in Fig. 2b gezeigt. Anschliessend wird die Feststelleinheit 10a an der neuen Stelle am Anschluss 8 fixiert und danach die Feststelleinheit 10b gelöst. In Fig. 2c ist die Aktoreinheit 12 dargestellt nachdem der Aktor 11 wieder auf seine Minimallänge verkürzt worden ist. Nun kann auch die Feststelleinheit 10b wieder fixiert werden. Die Aktoreinheit 12 wurde um die Länge AI verkürzt und ist bereit für einen weiteren Schritt. Für die Steuerung dieses Vorganges sind eine Steuerelektronik sowie mindestens ein Sensor zur Bestimmung der relativen Lage des Anschlusses 8 gegenüber dem Anschluss 9 vorhanden.
Eine erste Möglichkeit zur Verlängerung des Druckstabes 2, respektive der Länge zwischen den beiden Knotenelementen 3, besteht darin, den Druckstab 2 an sich unverändert zu lassen, aber ein Knotenelement 3 entlang des Druckstabes 2 zu verschieben und so die wirksame Länge zwischen den Knoten 3 zu variieren. Die Verschiebung des Knotens 3 kann mittels Zahn- stange, Gewindetrieb oder auch mittels pneumatischen oder hydraulischen Zylinders geschehen.
Eine zweite, in Fig. 4 veranschaulichte, Möglichkeit besteht darin, den Druckstab 2 selbst längenveränderlich zu gestalten. Dazu ist er beispielsweise mindestens zweigeteilt und diese zwei Teile sind in axialer Richtung mittels eines Aktors 11 oder einer Aktoreinheit 12 gegeneinander verschiebbar. Die Knoten 3 sind je mit einem der Druckstabteile kraftschlüssig verbunden. Im dritten Ausführungsbeispiel, darge- stellt in Fig. 4, ist der Aktor oder eine Aktoreinheit 12 direkt am Knotenelement 3 angebracht. Wird der Aktor 11 zwischen einem Knoten 3 und einem Ende des Druckstabes 2 angebracht, so muss der Druckstab 2 nicht zweiteilig ausgeführt sein. Die gestrichelte Linie stellt den maximal um AI verlängerten Aktor 11 dar. Es ist denkbar, den Druckstab 2 selbst als Aktor 11 auszuführen, z.B. als Zylinder-Kolben-Anordnung, als Zahnstange-Zahnrad-Kombination oder als ein Gewindetrieb. Für die Längenänderung des Druckstabes 2 sind viele weitere Ausführungen und Aktoranordnugen möglich und es ist dem Fachmann überlassen geeignete Mittel anzuwenden.
All den obengenannten Vorrichtungen und Konstruktionen ist gemein, dass die Distanz zwischen den die Auflagekräfte aufnehmenden Knotenelementen 3 verändert wird. Dies ist für die Lagerung und Zusammenfügung der Bauelemente in einer Konstruktion zu berücksichtigen.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Variation der Zugelemente. Die Spannung an den mindestens zwei Zugelementen 4 soll gleich gross sein. Dies ist für die Anordnung der Aktoren 11 zu berücksichtigten. Entweder wird für jedes Zugelement 4 ein Aktor 11 angebracht oder - einfacher und wie in Fig. 3 gezeigt - die Zugelemente 4 werden kurz vor dem Knoten 3 gebündelt und mit einem einzigen Aktor 11 oder einer Aktoreinheit 12 gleichsinnig variiert. Dadurch wird zwar die Krafteinleitung der Zugelemente 4 in den Knoten 3 leicht verfälscht, was aber bei relativ kleinen Aktordimensionen (siehe die obigen Angaben zur Ausdehnung lediglich im Promillebereich) kein Problem darstellt. Die gestrichelt gezeichneten Zugelemente 4 und Aktor 11 in Fig. 3 zeigen den Zustand des Ausführungsbeispiels bei einer maximalen Verkürzung des Aktors 11 um die Länge At.
Um den variablen Druckstab 2 und die variablen Zugelemente 4 Steuern oder Regeln zu können, weisen dieselben Spannungs- oder Längensensoren auf. Die Sensoren messen jederzeit den durch äussere Faktoren wie beispielsweise Lasten oder Temperatur bestimmten Spannungszustand des Bauelementes, während die Aktoren im Zusammenspiel mit einer programmierbaren Elek- tronikschaltung eine gezielte Anpassung dieses Zustandes erlauben.
Die obigen Beispiele zur Spannungsänderung in Druckstab 2 und Zugelementen 4 machen deutlich, dass die Spannungen sowohl im Druckstab 2 als auch in den Zugelementen 4 gemäss dem Prinzip "actio gleich reactio" verändert werden. Generell gilt nämlich: eine Betriebsgrösse kann nicht unabhängig für sich allein verändert werden. Wird der eine Parameter erhöht, so vergrössern sich auch die anderen und umgekehrt. Bei einer Verkürzung der Zugelemente 4 schneiden diese beispielsweise tiefer in den Hohlkörper 1 ein, verringern dessen Volumen und erhöhen den Hohlkörperinnendruck. Gleichzeitig erhöht sich die Druckspannung im Druckstab 2. Die Spannungen im Druckstab 2 und in den Zugelementen 4 stellen gewissermassen eine Vorspannung des Bauelementes hinsichtlich der Aufnahme äusserer Kräfte und Lasten dar. Die Erhöhung eines Parameters erhöht somit die Steifigkeit des Bauelementes als Ganzes, sofern die Erhöhung nicht zur Überschreitung einer Maximalspannung oder des Maximaldruckes führt.

Claims

Patentansprüche
1. Pneumatisches Bauelement
- mit einem luftdichten und durch Druckluft beaufschlag- baren langgestreckten Hohlkörper (1) aus flexiblem Material,
- mit mindestens einem Druckstab (2) , der längs einer Mantellinie des Hohlkörpers (1) an diesem anliegt und gegen Verschieben und Ausknicken gesichert ist, ferner - mit mindestens einem Paar von Zugelementen (4), die an den beiden Enden des mindestens einen Druckstabes (2) befestigt sind, zu welchem Zweck der Druckstab (2) an jedem Ende einen Knoten (3) aufweist zur gegenseitigen kraftschlüssigen Befestigung von Druckstab (2) und Zu- gelementen (4) und zur Aufnahme von Auflagerkräften, wobei des Weiteren die mindestens zwei Zugelemente (4) mit mindestens einem Umgang schraubenförmig gegenläufig um den Hohlkörper (1) herumgelegt sind und einander auf eine dem Druckstab (2) gegenüberliegenden Mantellinie (7) des Hohlkörpers (1) überschneiden dadurch gekennzeichnet, dass
- Mittel vorhanden sind, mittels welchen mindestens einer der Betriebsparameter Druck im Hohlkörper (1), Länge des Druckstabes (2) oder Länge der Zugelemente (4) pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch verändert werden können.
2. Pneumatisches Bauelement nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - Mittel vorhanden sind, mittels welcher die Länge des Druckstabes (2) pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch verändert werden kann.
3. Pneumatisches Bauelement nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Druckstabes (2) mittels einer der Folgenden Aktoren (11) oder Aktoreinheiten (12) verändert wird, nämlich mittels einer Druckblase auf Druck oder eines Hydraulikzylinders oder eines Pneumatikzylinders oder eines Gewindetriebes - oder einer Zahnstangen-Zahnrad-Kombination; oder in Verbindung mit einer Kraftumkehr mittels eines pneumatischen künstlichen Muskels oder eines Seiltriebes oder eines Kettentriebes; oder mittels einer linearen Aktoreinheit (12), welche mit Hilfe zweier abwechselnd betätigter Feststelleinrichtungen (10) an den beiden Enden eines linearen Aktors (11) Mehrfache des maximalen Stellweges dieses linearen Aktors (11) überwinden kann.
4. Pneumatisches Bauelement nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel vorhanden sind, mittels welcher die Länge der Zugelemente (4) pneumatisch, hydraulisch oder mecha- nisch verändert werden können.
5. Pneumatisches Bauelement nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Zugelemente (4) mittels einer der Folgenden Aktoren (11) oder Aktoreinheiten (12) verändert wird, nämlich mittels eines pneumatischen künstlichen Muskels oder eines Seiltriebes oder eines Kettentriebes - oder eines Gewindetriebes oder einer Zahnstangen-Zahnrad-Kombination; oder in Verbindung mit einer Kraftumkehr mittels einer Druckblase auf Druck oder eines Hydraulikzylinders - oder eines Pneumatikzylinders oder mittels einer linearen Aktoreinheit (12), welche mit Hilfe zweier abwechselnd betätigter Feststelleinrichtungen (10) an den beiden Enden eines linearen Aktors (11) Mehr- fache des maximalen Stellweges dieses linearen Aktors (11) überwinden kann.
6. Pneumatisches Bauelement nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel vorhanden sind, mittels welcher dem Hohlkörper (1) Druckluft zu- oder abgeführt werden kann.
7. Pneumatisches Bauelement nach den Patentansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
Sensoren zur Messung der variablen Betriebsparameter Hohlkörperinnendruck, Länge beziehungsweise Spannung des Druckstabes (2) oder Länge beziehungsweise Spannung der Zugelemente (4) vorhanden sind sowie dass - eine Steuer- und Regelelektronik vorhanden ist.
8. Pneumatisches Bauelement nach den Patentansprüchen 3 und 6.
9. Pneumatisches Bauelement nach den Patentansprüchen 5 und 6.
10. Pneumatisches Bauelement nach den Patentansprüchen 3, 5 und 6.
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