DE102020203361A1

DE102020203361A1 - Aktuatorvorrichtung und verfahren

Info

Publication number: DE102020203361A1
Application number: DE102020203361.7A
Authority: DE
Inventors: Artem Beger; Xiaojia Yao
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2020-03-17
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2021-09-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aktuatorvorrichtung (10) mit einer pneumatischen Aktuatoreinheit (1, 1A) umfassend eine sich in eine Längsrichtung (x) erstreckende, aus einem flächigen, faltbaren Werkstoff, insbesondere Papier, Karton oder Pappe, gefertigte Faltstruktur (2) mit einer Mehrzahl an Faltkanten (3), die die Faltstruktur (2) in eine Mehrzahl an Flächenabschnitten (4) unterteilen, wobei benachbarte Flächenabschnitte (4) jeweils um eine jeweilige, zwischen den benachbarten Flächenabschnitten (4) angeordnete Faltkante (3) relativ zueinander verschwenkbar sind, ferner umfassend eine erste Druckkammer (5), die auf die Faltstruktur (2) wirkt, so dass über eine Belüftung und/oder Entlüftung der ersten Druckkammer (5) ein Verschwenken der Flächenabschnitte (4) um die Faltkanten (3) bewirkt werden kann, um die Längserstreckung (6) der Faltstruktur (2) zu verändern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aktuatorvorrichtung mit einer pneumatischen Aktuatoreinheit, die eine Druckkammer umfasst. Durch Belüften und/oder Entlüften der Druckkammer lässt sich die Längserstreckung der Aktuatoreinheit verändern.
Aus der DE 10 2010 034 024 B4 ist eine Balganordnung mit einem äußeren Faltenbalg und einem inneren Faltenbalg bekannt. Jeder Faltenbalg verfügt über eine Mehrzahl von axial aufeinanderfolgend angeordneten Ringfalten, die zwei ringförmige Faltenschenkel aufweisen, welche an einem ringförmigen äußeren Scheitelbereich miteinander verbunden sind. Die Übergangsbereiche zwischen benachbarten Faltenschenkeln an den Scheitelbereichen und an den Taillenbereichen sind abgerundet, so dass sich ein wellenförmiger Wandverlauf ergibt. Als Material für die Faltenbälge wird ein Kunststoffmaterial verwendet.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Aktuatorvorrichtung mit einer günstig herstellbaren Aktuatoreinheit bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Aktuatorvorrichtung gemäß Anspruch 1. Die Aktuatorvorrichtung verfügt über eine pneumatische Aktuatoreinheit, die eine sich in eine Längsrichtung erstreckende, aus einem flächigen, faltbaren Werkstoff, insbesondere Papier, Karton oder Pappe, gefertigte Faltstruktur mit einer Mehrzahl an Faltkanten aufweist. Die Faltkanten unterteilen die Faltstruktur in eine Mehrzahl an Flächenabschnitten. Benachbarte Flächenabschnitte sind jeweils um eine jeweilige, zwischen den benachbarten Flächenabschnitten angeordnete Faltkante relativ zueinander verschwenkbar. Die Aktuatoreinheit umfasst ferner eine erste Druckkammer, die auf die Faltstruktur wirkt, so dass über eine Belüftung und/oder Entlüftung der ersten Druckkammer ein Verschwenken der Flächenabschnitte um die Faltkanten bewirkt werden kann, um die Längserstreckung der Faltstruktur zu verändern.
Im Gegensatz zum zitierten Stand der Technik umfasst die Aktuatoreinheit der erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung eine mehrere Faltkanten aufweisende Faltstruktur aus einem flächigen, faltbaren Werkstoff, wie Papier, Karton oder Pappe. Die Faltstruktur ist insbesondere als Origami-Struktur ausgeführt. Mit dem Begriff „Faltkante“ ist eine permanente, linienförmige Faltspitze gemeint. Jede Faltkante kann auch als Knickkante, scharfe Knickkante, Falzlinie oder Falzbruch bezeichnet werden. Jede Faltkante ist einer spitzen Falte zugehörig. Jede Faltkante ist durch Knicken des Werkstoffs gefertigt. Mit dem Begriff faltbarer Werkstoff ist ein Werkstoff gemeint, der permanente Faltkanten ausbilden kann - also Faltkanten, die auch beim Auffalten des Werkstoffs bestehen bleiben.
Durch die Verwendung einer solchen Faltstruktur kann bei der Aktuatoreinheit (im Gegensatz zum Stand der Technik) auf den Faltenbalg (bzw. die Faltenbälge) verzichtet werden. Es ist dadurch eine günstigere Herstellung möglich, insbesondere aus dem Grund, dass für die Herstellung der Faltstruktur kein Kautschukgummi oder NBR-Werkstoff benötigt wird.
Ferner kann aufgrund der Faltstruktur eine sehr leichtgewichtige Aktuatoreinheit mit einem guten Leistungs-Gewichts-Verhältnis erzielt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer vorstehend beschriebenen Aktuatorvorrichtung, umfassend den Schritt: Belüften und/oder Endlüften der ersten Druckkammer, um die Längserstreckung der Faltstruktur zu verändern.
Vorzugsweise ist das Verfahren in Entsprechung zu einer Weiterbildung der Aktuatorvorrichtung ausgebildet.
Weitere exemplarische Details sowie beispielhafte Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Dabei zeigt

1 eine schematische Darstellung einer Aktuatorvorrichtung,
2 eine schematische Darstellung einer Aktuatoreinheit in einem Neutralzustand,
3 eine schematische Darstellung der Aktuatoreinheit in einem verlängerten Zustand,
4 eine schematische Darstellung der Aktuatoreinheit in einem verkürzten Zustand,
5 eine Aktuatoreinheit mit einem alternativen Aufbau,
6 eine als Schwenkantrieb ausgeführte Aktuatoreinheit in einem Neutralzustand,
7 die als Schwenkantrieb ausgeführte Aktuatoreinheit in einem Schwenkzustand,
8 eine perspektivische Darstellung einer exemplarischen Ausgestaltung einer Faltstruktur.

Die 1 zeigt eine Aktuatorvorrichtung 10, die eine pneumatische Aktuatoreinheit 1, einen Grundkörper 19 und ein über die pneumatische Aktuatoreinheit 1 zu betätigendes Objekt 21 umfasst. Die Aktuatorvorrichtung 10 stellt eine exemplarische Anwendungsumgebung für die Aktuatoreinheit 1 dar. Die Aktuatoreinheit 1 kann auch für sich genommen - also ohne den Grundkörper 19 und/oder das Objekt 21 - bereitgestellt sein.
Die Aktuatorvorrichtung 10 ist insbesondere als Roboter, beispielsweise als Industrieroboter ausgeführt. Die Aktuatorvorrichtung 10 dient dazu, mittels der pneumatischen Aktuatoreinheit 1 das Objekt 21 zu betätigen. Insbesondere dient die Aktuatorvorrichtung 10 dazu, mittels der pneumatischen Aktuatoreinheit 1 das Objekt 21 in Bewegung zu versetzen und/oder eine Kraft auf das Objekt 21 auszuüben. Das Objekt 21 ist beispielsweise ein Werkzeug, ein Werkstück und/oder ein Transportgut.
Die Aktuatoreinheit 1 ist beispielsweise ein Wegwerfprodukt, Einmalprodukt und/oder Einwegprodukt. Die Aktuatoreinheit 1 wird beispielsweise für eine begrenzte Anzahl von Malen benutzt und/oder bis eine Kontamination der Aktuatoreinheit 1 erfolgt. Die Aktuatoreinheit 1 wird dann von dem Grundkörper 19 abgenommen und beispielsweise entsorgt. Es wird dann eine neue Aktuatoreinheit 1 an den Grundkörper 19 befestigt.
Der Grundkörper 19 ist beispielsweise ein Roboterkörper. Exemplarisch steht die Aktuatorvorrichtung 10 mit dem Grundkörper 19 auf einem Boden, beispielsweise einer Fertigungshalle. Am Grundkörper 19 ist die Aktuatoreinheit 1 insbesondere abnehmbar angebracht. Exemplarisch verfügt der Grundkörper 19 über eine mechanische Schnittstelle 22, an der die Aktuatoreinheit 1 insbesondere abnehmbar angebracht ist.
Die Aktuatorvorrichtung 10 umfasst zweckmäßigerweise eine Steuereinrichtung 23 zur pneumatischen Betätigung der Aktuatoreinheit 1. Die Steuereinrichtung 23 verfügt über eine Druck-Bereitstellungseinheit 24, die dazu dient, die Aktuatoreinheit 1 mit einem Überdruck und/oder einem Unterdruck zu beaufschlagen, um eine Betätigung der Aktuatoreinheit 1 zu bewirken. Die Druck-Bereitstellungseinheit 24 umfasst beispielsweise einen elektropneumatischen Wandler. Die Druck-Bereitstellungseinheit 24 ist beispielsweise ausgebildet, die Aktuatoreinheit 1 mit Druckluft zu belüften, um die Aktuatoreinheit 1 mit dem Überdruck zu beaufschlagen. Die Druck-Bereitstellungseinheit 24 ist ferner ausgebildet, die Aktuatoreinheit 1 zu entlüften, insbesondere zu vakuumieren, um die Aktuatoreinheit 1 mit dem Unterdruck zu beaufschlagen. Die Steuereinrichtung 23 umfasst exemplarisch ferner eine Steuereinheit 25, beispielsweise einen Microcontroller, die dazu dient, die Druck-Bereitstellungseinheit 24 anzusteuern, um die Betätigung der Aktuatoreinheit 1 zu bewirken. Die Steuereinrichtung 23 ist exemplarisch in dem Grundkörper 19 angeordnet.
Die Aktuatorvorrichtung 10 umfasst exemplarisch wenigstens eine pneumatische Leitung 26, über die der Aktuatoreinheit 1 mit der Druck-Bereitstellungseinheit 24 pneumatisch verbunden ist. Exemplarisch umfasst die Aktuatorvorrichtung 10 zwei pneumatische Leitungen 26: eine erste pneumatische Leitung 26A und eine zweite pneumatische Leitung 26B. Über die beiden pneumatischen Leitungen 26A, 26B ist die Aktuatoreinheit 1 mit der Druck-Bereitstellungseinheit 24 pneumatisch verbunden. Die erste pneumatische Leitung 26A verbindet eine erste Druckkammer 5 der Aktuatoreinheit 1 pneumatisch mit der Druck-Bereitstellungseinheit 24. Die zweite pneumatische Leitung 26B verbindet eine zweite Druckkammer 14 der Aktuatoreinheit 1 pneumatisch mit der Druck-Bereitstellungseinheit 24.
Die Aktuatoreinheit 1 ist exemplarisch länglich ausgeführt und erstreckt sich mit ihrer Längsachse in eine Längsrichtung x. Die Längsrichtung x kann auch als x-Richtung bezeichnet werden. Orthogonal zur Längsrichtung x verläuft eine z-Richtung.
Die Aktuatoreinheit 1 umfasst eine Faltstruktur 2. Die Faltstruktur 2 kann auch als Origami-Struktur bezeichnet werden. Die Faltstruktur 2 ist vorzugsweise als Ziehharmonika-Struktur ausgebildet. Die Faltstruktur 2 erstreckt sich in die Längsrichtung x. Exemplarisch ist die Faltstruktur 2 länglich ausgeführt und erstreckt sich mit ihrer Längsachse in die Längsrichtung x. Die Faltstruktur 2 ist zweckmäßigerweise schlauchförmig ausgeführt. Die schlauchförmige Faltstruktur 2 ist mit ihrer Schlauchachse parallel zur Längsrichtung x ausgerichtet. Die Faltstruktur 2 ist zweckmäßigerweise zylindrisch ausgeführt. Vorzugsweise verfügt die Faltstruktur 2 über einen Polygon-förmigen, exemplarisch einen Hexagon-förmigen, Querschnitt.
Die Faltstruktur 2 ist aus einem flächigen, faltbaren Werkstoff, insbesondere Papier, Karton oder Pappe, gefertigt. Bei dem flächigen, faltbaren Werkstoff kann es sich ferner um eine Folie, eine Metallfolie, ein Fasermaterial, eine Karbonstruktur, einen Kunststoff und/oder ein 3D-gedrucktes Material handeln. Als flächiger Werkstoff soll insbesondere ein Werkstoff bezeichnet werden, dessen Breite und Höhe um ein Vielfaches, beispielsweise wenigstens um den Faktor 100 oder 1000, größer sind als dessen Dicke. Der flächige Werkstoff ist beispielsweise ein Blatt, insbesondere ein Blatt Papier oder Karton. Die Faltstruktur 2 ist insbesondere durch Falten, insbesondere Umknicken, des flächigen Werkstoffs gefertigt. Beispielsweise ist die Faltstruktur 2 aus gefaltetem Papier, gefaltetem Karton oder gefalteter Pappe gefertigt. Vorzugsweise ist die Faltstruktur 2 gefaltetes Papier, gefalteter Karton oder gefaltete Pappe. Der flächige Werkstoff ist insbesondere nicht elastisch. Die Faltstruktur ist zweckmäßig einstückig ausgeführt.
Die Faltstruktur 2 umfasst eine Mehrzahl an Faltkanten 3. Der besseren Übersicht halber sind in der 1 jeweils nur die (von der linken Seite ausgehend) ersten vier Faltkanten 3 mit dem Bezugszeichen „3“ versehen. Die Faltkanten 3 sind in Längsrichtung x hintereinander angeordnet. Zweckmäßigerweise verlaufen die Faltkanten 3 jeweils in eine jeweilige Faltkanten-Richtung, die von der Längsrichtung x verschieden ist. Die Faltkanten-Richtung verläuft beispielsweise orthogonal zur Längsrichtung x und/oder orthogonal zur z-Richtung. Die Faltkanten 3 sind zweckmäßigerweise durch Falten, insbesondere Umknicken, des flächigen Werkstoffs, gefertigt. Die Faltkanten 3 sind zweckmäßigerweise irreversibel und/oder permanent. An jeder Faltkante 3 laufen zwei jeweilige, benachbarte Flächenabschnitte 4 der Faltstruktur 2 zusammen. Insbesondere laufen an jeder Faltkante 3 zwei jeweilige, benachbarte Flächenabschnitte 4 der Faltstruktur 2 spitz zusammen. Die Faltkanten 3 sind zweckmäßigerweise linienförmig und können auch als Faltlinien bezeichnet werden. Jede Faltkante 3 ist exemplarisch ein spitzer Knick im flächigen Werkstoff.
Die Faltkanten 3 unterteilen die Faltstruktur 2 in eine Mehrzahl an Flächenabschnitten 4. Jeweilige benachbarte Flächenabschnitte 4 sind jeweils um eine jeweilige, zwischen den benachbarten Flächenabschnitten 4 angeordnete Faltkante 3 relativ zueinander verschwenkbar. Die Faltkanten 3 fungieren insbesondere als Festkörperscharnier oder Filmscharniere zwischen benachbarten Flächenabschnitten 4. Die Flächenabschnitte 4 sind zweckmäßigerweise eben.
Exemplarisch weist die Faltstruktur 2 (in einem x-z-Schnitt) einen Zickzack-Verlauf auf. Beispielsweise umfasst die Faltstruktur 2 eine Mehrzahl an Talfalten 7 und Bergfalten 8, die in Längsrichtung alternierend angeordnet sind. Jede Talfalte 7 und jede Bergfalte 8 umfasst eine jeweilige Faltkante 3. Die Talfalten 7 und Bergfalten 8 sind zweckmäßigerweise jeweils zackenförmig (in einem x-z-Schnitt).
Als Talfalten 7 sollen Falten bezeichnet werden, die sich zum Äußeren der Faltstruktur 2 hin öffnen. Von dem Inneren der Faltstruktur 2 aus betrachtet stellen die Talfalten 7 jeweilige Täler dar. Bei den Talfalten 7 handelt es sich um spitze Einbuchtungen (relativ zu dem Inneren der Faltstruktur 2) .
Als Bergfalten 8 sollen Falten bezeichnet werden, die sich zum Inneren der Faltstruktur hin öffnen. Von dem Inneren der Faltstruktur 2 aus betrachtet stellen die Bergfalten 8 jeweilige Berge dar. Bei den Bergfalten 8 handelt es sich um spitze Ausbuchtungen (relativ zu dem Inneren der Faltstruktur 2) .
Die Erstreckung der Faltstruktur 2 in x-Richtung soll auch als Längserstreckung 6 bezeichnet werden. Die Längserstreckung 6 der Faltstruktur 2 ist durch Verschwenken der Flächenabschnitte 4 um die Faltkanten 3 veränderbar. Bei einer Vergrößerung der Winkel zwischen benachbarten Flächenabschnitten 4 verlängert sich die Längserstreckung 6 und bei einer Verkleinerung der Winkel zwischen benachbarten Flächenabschnitten 4 verkürzt sich die Längserstreckung 6. Bei einer Vergrößerung der Winkel der Talfalten 7 und Bergfalten 8 verlängert sich also die Längserstreckung 6 und bei einer Verkleinerung der Winkel der Talfalten 7 und Bergfalten 8 verkürzt sich die Längserstreckung 6.
Die Aktuatoreinheit 1 umfasst exemplarisch ein erstes Endstück 27. Das erste Endstück 27 bildet eine erste Stirnseite der Aktuatoreinheit 1. Die erste Stirnseite der Aktuatoreinheit 1 ist dem Grundkörper 19 zugewandt. Das erste Endstück 27 ist zweckmäßigerweise an der mechanischen Schnittstelle 22 anbringbar. Das erste Endstück 27 ist exemplarisch plattenförmig ausgeführt. Exemplarisch weist das erste Endstück 27 einen ersten pneumatischen Anschluss 28 auf, der pneumatisch mit der ersten Druckkammer 5 verbunden ist. In einem Zustand, in dem das erste Endstück 27 an dem Grundkörper 19 befestigt ist, ist der erste pneumatische Anschluss 28 pneumatisch mit der ersten pneumatischen Leitung 26A verbunden. Exemplarisch weist das erste Endstück 27 ferner einen zweiten pneumatischen Anschluss 29 auf, der pneumatisch mit der zweiten Druckkammer 14 verbunden ist. In einem Zustand, in dem das erste Endstück 27 an dem Grundkörper 19 befestigt ist, ist der zweite pneumatische Anschluss 29 pneumatisch mit der zweiten pneumatischen Leitung 26B verbunden.
Exemplarisch verläuft der erste und/oder zweite pneumatische Anschluss 28, 29 von einer dem Grundkörper 19 zugewandten Außenseite des Endstücks 27 durch das Endstück zu einer dem Grundkörper 19 abgewandten Innenseite des Endstücks 27.
An der Innenseite des ersten Endstücks 27 ist die Faltstruktur 2 befestigt, insbesondere mit einer ersten, zweckmäßigerweise offenen Stirnseite der Faltstruktur 2.
Die Aktuatoreinheit 1 umfasst exemplarisch ferner ein zweites Endstück 31. Das zweite Endstück 31 bildet eine zweite Stirnseite der Aktuatoreinheit 1. Die zweite Stirnseite der Aktuatoreinheit 1 ist dem Grundkörper 19 abgewandt. Am zweiten Endstück 31, insbesondere an dessen Außenseite, ist exemplarisch das Objekt 21 angeordnet. An der Innenseite des zweiten Endstücks 31 ist die Faltstruktur 2 befestigt, insbesondere mit einer zweiten, zweckmäßigerweise offenen Stirnseite der Faltstruktur 2.
Die Faltstruktur 2 ist also zwischen den beiden Endstücken 27, 31 angeordnet. Die beiden Endstücke 27, 31 sind über die Faltstruktur 2 mechanisch miteinander verbunden. Die beiden Endstücke 27, 31 verschließen die offenen Stirnseiten der insbesondere schlauchförmig ausgeführten Faltstruktur 2. Durch eine Veränderung der Längserstreckung der Faltstruktur 2 wird der Abstand zwischen den beiden Endstücken 27, 31 verändert.
Die Aktuatoreinheit 1 umfasst die erste Druckkammer 5. Die erste Druckkammer 5 wirkt auf die Faltstruktur 2. Durch eine Belüftung und/oder Entlüftung der ersten Druckkammer 5, beispielsweise mittels der Druck-Bereitstellungseinheit 24, kann ein Verschwenken der Flächenabschnitte 4 um die Faltkanten 3 bewirkt werden, um die Längserstreckung 6 der Faltstruktur 2 zu verändern.
Exemplarisch wird die erste Druckkammer 5 durch die Faltstruktur 2 begrenzt.
Die Aktuatoreinheit 1 umfasst vorzugsweise ferner eine erste Folie 9, durch die die erste Druckkammer 5 begrenzt ist. Die erste Druckkammer 5 wird insbesondere durch die Faltstruktur 2, die erste Folie 9 und zweckmäßigerweise das erste Endstück 27 und oder das zweite Endstück 31 begrenzt.
Exemplarisch umgibt die erste Druckkammer 5 die Faltstruktur 2 radial. Die erste Druckkammer 5 ist auf einer ersten Seite, insbesondere auf einer äußeren Umfangsseite, der Faltstruktur 2 angeordnet.
Exemplarisch bildet die erste Folie 9 einen ersten Folienschlauch 11, in dem die Faltstruktur 2 angeordnet ist. Die erste Druckkammer 5 ist zweckmäßigerweise durch einen ersten radialen Zwischenraum 12 zwischen dem ersten Folienschlauch 11 und der Faltstruktur 2 gebildet. Der erste radiale Zwischenraum 12 hat insbesondere eine hohlzylindrische Form. Der erste Folienschlauch 11 ist exemplarisch koaxial zur Faltstruktur 2 angeordnet. Insbesondere umgibt der erste Folienschlauch 11 die Faltstruktur 2 radial. Der erste Folienschlauch 11 weist exemplarisch eine erste, insbesondere offene, Stirnseite auf, die zweckmäßigerweise an der Innenseite des ersten Endstücks 27 befestigt ist. Der erste Folienschlauch 11 weist zweckmäßigerweise eine zweite, insbesondere offene Stirnseite auf, die zweckmäßigerweise an der Innenseite des zweiten Endstücks 31 befestigt ist.
Exemplarisch umhüllt die erste Folie 9, insbesondere der erste Folienschlauch 11, die Faltstruktur 2. Exemplarisch ist die erste Folie 9, insbesondere der erste Folienschlauch 11, nicht an der Faltstruktur 2 befestigt. Die erste Folie 9, insbesondere der erste Folienschlauch 11, legt sich zweckmäßigerweise von außen an die Faltstruktur 2 an, insbesondere dann, wenn die erste Druckkammer 5 mit einem Unterdruck beaufschlagt ist.
Vorzugsweise umfasst die Aktuatoreinheit 1 ferner eine zweite Druckkammer 14. Die zweite Druckkammer 14 wirkt auf die Faltstruktur 2. Über eine Belüftung und/oder Entlüftung der zweiten Druckkammer 14, beispielsweise mittels der Druck-Bereitstellungseinheit 24, kann ein Verschwenken der Flächenabschnitte 4 um die Faltkanten 3 bewirkt werden, um die Längserstreckung 6 der Faltstruktur 2 zu verändern.
Exemplarisch ist die zweite Druckkammer 14 auf einer zweiten Seite, insbesondere auf einer inneren Umfangsseite, der Faltstruktur 2 angeordnet. Insbesondere ist die zweite Druckkammer 14 durch den gesamten Innenraum 18 der schlauchförmigen Faltstruktur 2 gebildet. Der Innenraum 18 wird exemplarisch durch die Faltstruktur 2 und die Endstücke 27, 31 begrenzt. Der Innenraum 18 ist insbesondere zylindrisch und erstreckt sich mit seiner Längsachse in x-Richtung.
Die 2 bis 4 zeigen die Aktuatoreinheit 1 in verschiedenen Druckbeaufschlagungszuständen, über die verschiedene Längserstreckungen 6 der Aktuatoreinheit 1 bewirkt werden können.
In der 2 befindet sich die Aktuatoreinheit 1 in einem ersten Druckbeaufschlagungszustand. Der erste Druckbeaufschlagungszustand kann auch als Normalzustand oder Neutralzustand bezeichnet werden. Im ersten Druckbeaufschlagungszustand weist die Aktuatoreinheit 1 eine erste Längserstreckung 6 auf. Ferner liegen die Winkel der Talfalten 7 und Bergfalten 8 im ersten Druckbeaufschlagungszustand in einem ersten Winkelbereich, beispielsweise in einem Bereich zwischen 80 und 100 Grad.
Der erste Druckbeaufschlagungszustand wird beispielsweise dadurch erzielt, dass die erste Druckkammer 5 und die zweite Druckkammer 14 in einen drucklosen Zustand versetzt werden. Ein druckloser Zustand ist beispielsweise dann gegeben, wenn die jeweilige Druckkammer 5, 14 pneumatisch mit der Atmosphäre verbunden ist und/oder den Atmosphärendruck aufweist. Exemplarisch bewirkt die Druck-Bereitstellungseinheit 24 durch Belüften und/oder Entlüften der ersten Druckkammer 5 und/oder der zweiten Druckkammer 14, dass die erste Druckkammer 5 und/oder die zweite Druckkammer 14 den drucklosen Zustand aufweisen.
In der 3 befindet sich die Aktuatoreinheit 1 in einem zweiten Druckbeaufschlagungszustand. Der zweite Druckbeaufschlagungszustand kann auch als verlängerter Zustand bezeichnet werden. Im zweiten Druckbeaufschlagungszustand weist die Aktuatoreinheit 1 eine zweite Längserstreckung 6 auf, die länger ist als die erste Längserstreckung 6. Ferner liegen die Winkel der Talfalten 7 und Bergfalten 8 im ersten Druckbeaufschlagungszustand in einem zweiten Winkelbereich, der größer ist als der erste Winkelbereich. Im zweiten Druckbeaufschlagungszustand sind also die Winkel der Talfalten 7 und Bergfalten 8 größer als im ersten Druckbeaufschlagungszustand.
Der zweite Druckbeaufschlagungszustand wird beispielsweise dadurch erzielt, dass die erste Druckkammer 5 in den drucklosen Zustand versetzt wird und die zweite Druckkammer 14 in einen belüfteten Zustand versetzt wird. Ein belüfteter Zustand ist beispielsweise bei einem Druck größer als dem Atmosphärendruck gegeben. Der belüftete Zustand kann auch als Überdruckzustand bezeichnet werden. Exemplarisch bewirkt die Druck-Bereitstellungseinheit 24 durch Belüften und/oder Entlüften der ersten Druckkammer 5, dass die erste Druckkammer 5 den drucklosen Zustand aufweist. Ferner bewirkt die Druck-Bereitstellungseinheit 24 durch Belüften der zweiten Druckkammer 14, dass die zweite Druckkammer 14 den belüfteten Zustand aufweist.
Zweckmäßigerweise ist also die Faltstruktur 2 durch eine Belüftung der zweiten Druckkammer 14 in Längsrichtung x verlängerbar.
In der 4 befindet sich die Aktuatoreinheit 1 in einem dritten Druckbeaufschlagungszustand. Der dritte Druckbeaufschlagungszustand kann auch als verkürzter Zustand bezeichnet werden. Im dritten Druckbeaufschlagungszustand weist die Aktuatoreinheit 1 eine dritte Längserstreckung 6 auf, die kürzer ist als die erste Längserstreckung 6. Ferner liegen die Winkel der Talfalten 7 und Bergfalten 8 im dritten Druckbeaufschlagungszustand in einem dritten Winkelbereich, der kleiner ist als der erste Winkelbereich. Im dritten Druckbeaufschlagungszustand sind also die Winkel der Talfalten 7 und Bergfalten 8 kleiner als im ersten Druckbeaufschlagungszustand.
Der dritte Druckbeaufschlagungszustand wird beispielsweise dadurch erzielt, dass die erste Druckkammer 5 in einen Unterdruck-Zustand versetzt wird und die zweite Druckkammer 14 in den drucklosen Zustand versetzt wird. Ein Unterdruck-Zustand ist beispielsweise dann gegeben, wenn der Druck kleiner als der Atmosphärendruck ist. Exemplarisch bewirkt die Druck-Bereitstellungseinheit 24 durch Entlüften, insbesondere Vakuumieren, der ersten Druckkammer 5, dass die erste Druckkammer 5 den Unterdruck-Zustand aufweist. Ferner bewirkt die Druck-Bereitstellungseinheit 24 durch Belüften und/oder Entlüften der zweiten Druckkammer 14, dass die zweite Druckkammer 14 den drucklosen Zustand aufweist.
Die Faltstruktur 2 ist also durch eine Entlüftung, insbesondere auf einen Unterdruck, der ersten Druckkammer 5 in Längsrichtung x verkürzbar.
Zweckmäßigerweise ist die Steuereinrichtung 23 ausgebildet, in Ansprechen auf einen ersten Steuerbefehl den ersten Druckbeaufschlagungszustand, in Ansprechen auf einen zweiten Steuerbefehl den zweiten Druckbeaufschlagungszustand und/oder in Ansprechen auf einen dritten Steuerbefehl den dritten Druckbeaufschlagungszustand zu bewirken.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Aktuatorvorrichtung 10 zweckmäßigerweise ausgebildet, die erste Druckkammer 5 mit einem ersten Druck und die zweite Druckkammer 14 mit einem von dem ersten Druck verschiedenen zweiten Druck zu beaufschlagen, um zu bewirken, dass die Faltstruktur 2 eine Zwischen-Längserstreckung einnimmt, die zwischen der ersten und der zweiten Längserstreckung oder zwischen der dritten und der ersten Längserstreckung liegt. Zweckmäßigerweise sind der erste Druck und der zweite Druck größer als der Atmosphärendruck und/oder kleiner als der von der Aktuatorvorrichtung 10 maximal in den Druckkammern 5, 14 bereitstellbare Druck. Die Aktuatorvorrichtung 10 ist insbesondere ausgebildet, durch die Bereitstellung einer Mehrzahl von verschiedenen ersten Drücken und zweiten Drücken - also einer Mehrzahl von verschiedenen Kombinationen aus ersten Drücken und zweiten Drücken - eine Mehrzahl von Zwischen-Längserstreckungen zu bewirken. Zweckmäßigerweise wird jede Zwischen-Längserstreckung durch einen entsprechenden Steuerbefehl an die Steuereinrichtung 23 vorgegeben. Zweckmäßigerweise ist die Aktuatorvorrichtung 10 ausgebildet, jede Zwischen-Längserstreckung eine insbesondere durch den Steuerbefehl vorgegebene Zeitperiode lang zu halten.
Die 5 zeigt eine pneumatische Aktuatoreinheit 1A, die eine Weiterbildung der pneumatischen Aktuatoreinheit 1 darstellt. Die pneumatische Aktuatoreinheit 1A ist zweckmäßigerweise wie die pneumatische Aktuatoreinheit 1 ausgebildet, so dass die vorstehenden und nachstehenden, sich auf die pneumatische Aktuatoreinheit 1 beziehenden Erläuterungen vorzugsweise auch für die pneumatische Aktuatoreinheit 1A gelten. Die pneumatische Aktuatoreinheit 1A umfasst zusätzlich ein zweite Folie 15, durch die die zweite Druckkammer 14 begrenzt wird. Exemplarisch bildet die zweite Folie 15 einen zweiten Folienschlauch 16. Der zweite Folienschlauch 16 ist in der Faltstruktur 2, insbesondere in dem Innenraum 18, angeordnet. Der zweite Folienschlauch 16 ist insbesondere koaxial zur Faltstruktur 2 und/oder zum ersten Folienschlauch 11 angeordnet. Die zweite Druckkammer 14 ist vorzugsweise durch einen zweiten radialen Zwischenraum 17 zwischen dem zweiten Folienschlauch 16 und der Faltstruktur 2 gebildet. Der zweite Zwischenraum 17 hat insbesondere eine hohlzylindrische Form. Der zweite Folienschlauch 16 weist exemplarisch eine erste, insbesondere offene, Stirnseite auf, die zweckmäßigerweise an der Innenseite des ersten Endstücks 27 befestigt ist. Der zweite Folienschlauch 16 weist zweckmäßigerweise eine zweite, insbesondere offene Stirnseite auf, die zweckmäßigerweise an der Innenseite des zweiten Endstücks 31 befestigt ist. Exemplarisch ist die zweite Folie 15, insbesondere der zweite Folienschlauch 16, nicht an der Faltstruktur 2 befestigt.
Die erste Folie 9 und/oder die zweite Folie 15 weisen zweckmäßigerweise eine geringe Steifigkeit auf. Zweckmäßigerweise ist die erste Folie 9 und/oder die zweite Folie 15 nicht formstabil. Die erste Folie 9 und/oder die zweite Folie 15 halten von sich aus nicht ihre Form.
Die pneumatische Aktuatoreinheit 1A lässt sich insbesondere in der gleichen Weise in die drei verschiedenen Druckbeaufschlagungszustände versetzen, wie die pneumatische Aktuatoreinheit 1, so dass die diesbezüglichen Erläuterungen auch für die pneumatische Aktuatoreinheit 1A gelten.
Die 6 und 7 zeigen einen Aufbau 20 aus einer pneumatischen Aktuatoreinheit 1 (alternativ kann auch die pneumatische Aktuatoreinheit 1A eingesetzt werden) und einer Kinematik 30. Die Kinematik 30 ist zweckmäßigerweise Teil der Aktuatorvorrichtung 10. Beispielsweise ist die Kinematik 30 an dem Grundkörper 19 befestigt.
Exemplarisch handelt es sich bei der Kinematik 30 um eine Schwenkgelenkeinrichtung. Die Schwenkgelenkeinrichtung umfasst exemplarisch einen ersten Schwenkabschnitt 35 und einen zweiten Schwenkabschnitt 36. Der zweite Schwenkabschnitt 36 ist über ein Schwenkgelenk 37 an dem ersten Schwenkabschnitt 35 befestigt und über das Schwenkgelenkt 37 relativ zum ersten Schwenkabschnitt 35 verschwenkbar, insbesondere um eine orthogonal zur Längsrichtung x ausgerichteten Schwenkachse, gelagert. Am ersten Schwenkabschnitt 35 ist das erste Endstück 27 befestigt und am zweiten Schwenkabschnitt 36 ist das zweite Endstück 31 befestigt. Eine Änderung der Längserstreckung 6 der Faltstruktur 2 wird über die Schwenkgelenkeinrichtung in eine Schwenkbewegung des zweiten Schwenkabschnitts 36 relativ zum ersten Schwenkabschnitt 35 umgesetzt.
Beispielsweise befindet sich die Aktuatoreinheit 1 in der 6 in dem Neutralzustand und in der 7 in dem verlängerten Zustand. Durch die Schwenkgelenkeinrichtung wird die durch den verlängerten Zustand bewirkte Verlängerung der Längserstreckung 6 in eine Verschwenkung des zweiten Schwenkabschnitts 36 relativ zum ersten Schwenkabschnitt 35 umgesetzt.
Die 8 zeigt eine exemplarische schlauchförmige Ausgestaltung der Faltstruktur 2. Die schlauchförmige Faltstruktur 2 ist durch Faltkanten 3 in eine Mehrzahl von sich in x-Richtung aneinander anschließenden zylindrische Längsabschnitte 38 unterteilt. Jeder Längsabschnitt 38 weist vorzugsweise einen Polygon-förmigen, exemplarisch einen Hexagon-förmigen, Querschnitt auf. Jeder Längsabschnitt 38 umfasst eine Mehrzahl von Flächenabschnitten 4, exemplarisch genau sechs Flächenabschnitte 4. Die Flächenabschnitte 4 eines Längsabschnitts 38 schließen sich in Umfangsrichtung aneinander an. Jeder Längsabschnitt 38 ist (in Axialrichtung des Längsabschnitts 38) exemplarisch genau einen Flächenabschnitt 4 lang. Exemplarisch weist die Faltstruktur 2 wenigstens sieben Längsabschnitte 38 auf. Die Flächenabschnitte 4 benachbarter Längsabschnitte 38 sind um die Faltkanten 3 zueinander verschwenkbar, wodurch die Längserstreckung 6 der Faltstruktur 2 verändert werden kann.
Die vorstehend beschriebene Aktuatorvorrichtung 10 wird zweckmäßigerweise mittels eines Verfahrens betrieben, das den Schritt umfasst: Belüften und/oder Entlüften der ersten Druckkammer 5, um die Längserstreckung 6 der Faltstruktur 2 zu verändern. Durch die Veränderung der Längserstreckung 6 erfolgt beispielsweise eine Betätigung des Objekts 21.
Sofern die Aktuatoreinheit 1 über zwei Druckkammern 5, 14 verfügt, wird die Veränderung der Längserstreckung vorzugsweise durch die vorstehend beschriebene Belüftung/Endlüftung der beiden Druckkammern 5, 14 erzielt.
Das Verfahren umfasst zweckmäßigerweise ferner den Schritt eines Kontaminierens der Aktuatoreinheit 1 mit einem Kontaminationsstoff, beispielsweise einem Schadstoff. Das Verfahren umfasst zweckmäßigerweise ferner den Schritt eines Auswechselns der kontaminierten Aktuatoreinheit 1 durch eine neue, insbesondere baugleiche Aktuatoreinheit. Das Verfahren umfasst zweckmäßigerweise ferner den Schritt eines Belüftens und/oder Entlüftens der ersten Druckkammer der neuen Aktuatoreinheit, um die Längserstreckung der Faltstruktur der neuen Aktuatoreinheit zu verändern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010034024 B4 [0002]

Claims

Aktuatorvorrichtung (10) mit einer pneumatischen Aktuatoreinheit (1, 1A) umfassend eine sich in eine Längsrichtung (x) erstreckende, aus einem flächigen, faltbaren Werkstoff, insbesondere Papier, Karton oder Pappe, gefertigte Faltstruktur (2) mit einer Mehrzahl an Faltkanten (3), die die Faltstruktur (2) in eine Mehrzahl an Flächenabschnitten (4) unterteilen, wobei benachbarte Flächenabschnitte (4) jeweils um eine jeweilige, zwischen den benachbarten Flächenabschnitten (4) angeordnete Faltkante (3) relativ zueinander verschwenkbar sind, ferner umfassend eine erste Druckkammer (5), die auf die Faltstruktur (2) wirkt, so dass über eine Belüftung und/oder Entlüftung der ersten Druckkammer (5) ein Verschwenken der Flächenabschnitte (4) um die Faltkanten (3) bewirkt werden kann, um die Längserstreckung (6) der Faltstruktur (2) zu verändern.
Aktuatorvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Faltstruktur (2) eine Mehrzahl an Talfalten (7) und Bergfalten (8) aufweist, die in Längsrichtung (x) alternierend angeordnet sind.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die erste Druckkammer (5) durch die Faltstruktur (2) begrenzt ist.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem voranstehenden Anspruch, umfassend eine erste Folie (9), durch die die erste Druckkammer (5) begrenzt ist.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Faltstruktur (2) schlauchförmig ausgeführt ist.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Faltstruktur (2) zylindrisch ausgeführt ist und vorzugsweise über einen Polygon-förmigen, insbesondere einen Hexagon-förmigen, Querschnitt verfügt.
Aktuatorvorrichtung (10) nach Anspruch 4 in Kombination mit Anspruch 5 oder 6, wobei die erste Folie (9) einen ersten Folienschlauch (11) bildet, in dem die Faltstruktur (2) angeordnet ist, und die erste Druckkammer (5) durch einen ersten radialen Zwischenraum (12) zwischen dem ersten Folienschlauch (11) und der Faltstruktur (2) gebildet ist.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem voranstehenden Anspruch, ferner umfassend eine zweite Druckkammer (14), die auf die Faltstruktur (2) wirkt, so dass über eine Belüftung und/oder Entlüftung der zweiten Druckkammer (14) ein Verschwenken der Flächenabschnitte (4) um die Faltkanten (3) bewirkt werden kann, um die Längserstreckung (6) der Faltstruktur (2) zu verändern.
Aktuatorvorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei die Faltstruktur (2) durch eine Belüftung der zweiten Druckkammer (14) in Längsrichtung (x) verlängerbar ist.
Aktuatorvorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Faltstruktur (2) durch eine Entlüftung, insbesondere auf einen Unterdruck, der ersten Druckkammer (5) in Längsrichtung (x) verkürzbar ist.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die erste Druckkammer (5) auf einer ersten Seite, insbesondere auf einer äußeren Umfangsseite, der Faltstruktur (2) angeordnet ist und/oder die zweite Druckkammer (14) auf einer zweiten Seite, insbesondere auf einer inneren Umfangsseite, der Faltstruktur (2) angeordnet ist.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, ferner umfassend eine zweite Folie (15), durch die die zweite Druckkammer (14) begrenzt wird.
Aktuatorvorrichtung (10) nach Anspruch 12 in Kombination mit Anspruch 5 oder 6, wobei die zweite Folie (15) einen zweiten Folienschlauch (16) bildet und in der Faltstruktur (2) angeordnet ist, und die zweite Druckkammer (14) durch einen zweiten radialen Zwischenraum (17) zwischen dem zweiten Folienschlauch (16) und der Faltstruktur (2) gebildet ist.
Aktuatorvorrichtung (10) nach Anspruch 11 in Kombination mit Anspruch 5 oder 6, wobei die zweite Druckkammer (14) durch den gesamten Innenraum (18) der schlauchförmigen Faltstruktur (2) gebildet ist.
Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, ausgebildet als Roboter, insbesondere Industrieroboter.
Verfahren zum Betreiben einer Aktuatorvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: Belüften und/oder Endlüften der ersten Druckkammer (5), um die Längserstreckung (6) der Faltstruktur (2) zu verändern.