DE1601704C - Vorrichtung zum Umwandeln von Arbeitsmitteldruck in Winkelbewegung oder umgekehrt - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Umwandeln von Arbeitsmitteldruck in Winkelbewegung oder umgekehrt, mit zwei Endteilcn, die für relative Winkelbewegung gelenkig miteinander verbunden sind, und mit wenigstens einem zwischen den l-ndleilcii angeordneten Beutel, der vollständig aus biegsamem Material gebildet ist und unter Druck stellendes Arbeitsmittel enthalten kann und eine Kammer umschließt, die sich bis zu einer Stelle nahe der Golciikachsc erstreckt.

Hei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (USA.-Patentschrift 1 579 183) ist ein einziger Beutel vorgesehen, der nur an einem Endteil befestigt ist. Daher ergeben sich bei Gebrauch der Vorrichtung Relativbewegungen zwischen der Beutelwandung einerseits und dem Gelenk und dem zweiten Endteil andererseits, die zu einem vergleichsweise schnellen Durchscheuern der Beutelwandung führen. Außerdem weist bei der bekannten Vorrichtung der Beutel am radial äußeren Ende Wellungen auf,.in deren Bereich beim Unterdrucksetzen das Beutelmaterial Biegebeanspruchungen ausgesetzt wird, die örtliche Beanspruchungskonzentrationen hervorrufen, die zu vorzeitigern Versagen des Beutelmaterials in diesem Bereich führen.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung der einleitend genannten Art (USA.-Patentschrift 3 202 061) ist eine Mehrzahl von Beuteln vorgesehen, die jeweils zweiteilig ausgeführt sind und von denen jeweils zwei Beutel mittels eines Bandes miteinander verbunden sind, das sich um die Gelenkachse erstreckt. Die Bänder sind mit der Gelenkachse nicht verbunden und die äußeren Beutel sind nicht mit den Endteilen der Vorrichtung verbunden, so daß beim Gebrauch der r~ Vorrichtung Relativbewegungen zwischen den Beu- ^ teln untereinander und zwischen den äußeren Beuteln und den Endteilen der Vorrichtung stattfinden. Demgemäß besteht auch bei dieser bekannten Vorrichtung der Nachteil, daß die Beutel vergleichsweise schnell durchgescheuert werden. Außerdem ergeben sich an den Beutelkanten, an denen die Bänder befestigt sind, örtliche Beanspruchungskonzentrationen, die. ebenfalls zu vorzeitigem Versagen der Beutel führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art so auszuführen, daß vorzeitiges Versagen der Beutel verhindert ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Material des oder der Beutel sich radial nach innen bis zu einer der Gelenkachse benachbarten Stelle erstreckt und die Wände jedes Beutels gegeneinander konvergieren und sich an einer radial innersten Kante der Gelenkachse benachbart treffen und an der Gelenk- und Endteileinrichtung an dieser Stelle entlang der gesamten Länge der Kante befestigt sind, so daß eine radiale Bewegung des oder der Beutel relativ zu der Achse der Gelenkeinrichtung verhindert ist.

Durch diese Ausbildung gemäß der Erfindung werden Relativbewegungen zwischen den Beuteln untereinander und zwischen den Beuteln und den Endteilen praktisch verhindert, so daß sich ein vorzeitiges Versagen der Beutel zufolge Durchscheuems nicht ergeben kann. Wenn, wie in weiterer Ausgestaltung der Erfindung unter Schutz gestellt, die der Achse des Gelenks nicht benachbarten Kanten des oder der Beutel derart'gebildet sind, daß eine ununterbrochene Kurve oder Biegung rund um diese Kanten geschaffen ist, wenn der oder die Beutel durch Arbeitsmitteldruck ausgedehnt sind, wird zusätzlich erreicht, daß das gesamte Beutelmaterial im wesentlichen nur auf Zug beansprucht wird, so daß sich ein vorzeitiges Versagen zufolge örtlicher Beanspruchungskonzentrationcn insbesondere durch Biegebeanspruchungen nicht ergibt.

Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung können der oder die Beutel aus Kautschuk- oder Kunststoffmaterial mit einer Cordverstärkung gebildet sein, oder sie können eine Webstoffverstärkung aufweisen.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Kante des oder der Beutel zwischen einer Scharnierplatte der Gelenkeinrichtung und einem Endteil zu der Scharnierachse parallel und ihr eng benachbart eingeklemmt.

Gemäß einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung sind der oder die Beutel durch eine einheitliche Ausstoßung thermoplastischen Materials gebildet, bei welcher die Ausstoßrichtung parallel zu der Achse der Gelenkeinrichtung verläuft und die sich von der Gelenkachse radial erstreckenden Endkanten der Beutel verschlossen sind.

Die Vorrichtung hat ein großes Verhältnis von Energieübertragung zu Materialgewicht und einen weiten Bereich von Anwendungen und Größen. Beispielsweise kann sie als Winkelbetätigungseinrichtung verwendet werden, indem dem Beutel Arbeitsmitteldruck derart zugeführt wird, daß die Endteile auseinandergedrückt werden. Eine solche Betätigungseinrichtung kann bei vielen verschiedenen Anwendungen angewendet werden, beispielsweise bei der Schaffung eines Drehgrades an einer Verbindung in einem künstlichen Arm oder bei der Schaffung des Drehmomentes, das erforderlich ist, das Hinterende eines Kippwagens zu heben. Zwei oder mehr der Beutel können in Schub-Zug-Beziehung verwendet werden, beispielsweise zum Öffnen und/oder Schließen von Endteilen, welche die Arme einer Schere bilden. Die Beutel werden dann in entsprechender Weise in den Winkeln zwischen den Armen rund um die Scherenachse angeordnet und je nachdem, wie es erforderlich ist, ausgedehnt.

An Stelle der Verwendung als übliche Betätigungseinrichtung kann die Vorrichtung zum Pumpen eines Mediums verwendet werden, das in den Beutel gezogen und aus ihm herausgedrückt wird, und zwar durch geeignete mit Ventilen versehene Kanäle, wenn die Endteile mechanisch voneinander weg bzw. gegeneinander bewegt werden. Diese Verwendung der Vorrichtung kann eine leckdichte Pumpe ohne Berührung vom Arbeitsmittel mit Metall schaffen. Eine andere Verwendung der Vorrichtung besteht im Absorbieren eines Momentes in der Weise eines Stoßdämpfers oder einer Feder. Wenn die Vorrichtung gemäß der Erfindung als Stoßdämpfer verwendet wird, kann sie einen abgedichteten Beutel mit dehnbaren Wänden haben und mit einem viskosen Medium gefüllt sein. Die Energie, die durch Relativbewegung der Endteile gegeneinander auf das Medium übertragen wird, wird dann von der inneren Reibung des Mediums absorbiert. Statt dessen kann, wenn undehnbare Wände verwendet werden, ein Drosselventil an dem Einlaß angeordnet werden, welches mit einer Kammer in Verbindung steht, in die das herausgedrückte Arbeitsmittel gerichtet wird. Verschiedene Gas-Flüssigkeits-Kombinationen sind möglich, um sich verschiedenen Anforderungen anzupassen. Die Wirkung einer Feder kann erhalten werden, indem ein Arbeitsmittel niedriger Viskosität zusammen mit federnden Wänden verwendet wird oder wenn ein Gas oder eine Gas-Flüssigkeit-Kombination zusammen mit mehr oder weniger undehnbaren Wänden verwendet wird. Durch Verwendung verschiedener Kombinationen können verschiedene Dämpfiingsgrade und Federungsgrade erhalten werden. Die Vorrichtung kann weiterhin als ein Teil einer Fahrzeugaufhängung verwendet werden, in der Arbeitsmittcldruck durch Relativbewegung zwischen den Aufhängungsteilen an einer Ecke des Fahrzeugs aufgebaut und auf eine andere Ecke übertragen wird, um ein Ausbalancieren bzw. einen Ausgleich der Relativbewegung zwischen anderen Aufhängungsteilen zu erzeugen.

Wenn Arbeitsmittel den Beuteln zugeführt oder aus ihnen herausgedrückt wird, kann es über getrennte Kanäle zu den Beuteln und aus den Beuteln fließen, die in die Beutel führen, jedoch ist vorzugsweise ein gemeinsamer Kanal, beispielsweise durch einen der Endteile hindurchgeführt, vorgesehen, der zu dem Inneren der Beutel führt, die alle miteinander nach Art eines üblichen Balgens in Verbindung stehen. Für diesen Zweck sind die angrenzenden Flächen benachbarter Beutel zusammen verschlossen bzw. miteinander verbunden, und zwar wenigstens rund um eine Öffnung, über welche die Beutel in Verbindung miteinander stehen.

Drei Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in der nachstehenden Zeichnung beispielsweise erläutert.

F i g. 1 ist eine schematische schaubildliche Ansicht einer ersten Ausführungsform, wobei Teile im Schnitt dargestellt sind;

F i g. 2 ist eine schaubildliche schematische Ansicht, in welcher ein Verfahren zur Herstellung eines Beutels dargestellt ist;

F i g. 3 ist eine schematische Radialschnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 4 ist eine schematische Radialschnittansicht einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Die in--F i g. 1 wiedergegebene Vorrichtung weist metallene Endplatten 1 und 2, welche die Endteile bilden, auf;' die mittels eines Metallscharniers 3 mit-_/ -einander verbunden sind, das Scharnierplatten 4 und

^y 5 aufweist, die mittels Schrauben 6 mit den Kanten der Platten 1 bzw. 2 verschraubt sind.

Bei dieser Ausführungsform besteht der Balgen zwischen den Endplatten 1 und 2 aus vier Beuteln 7, die jeweils aus natürlichem oder synthetischem Cordstoff gebildet sind, der mit Kunststoff oder Kautschuk überzogen und imprägniert ist. Die radial äußersten

- und sich radial erstreckenden Kanten der Beutel 7 sind jeweils als eine kontinuierliche homogene Kurve gebildet, wenn die radial innersten Kanten der Beutel 7 offen geformt, jedoch darauffolgend mit Bindematerial verschlossen und zwischen den Scharnierplatten 4 und 5 und den Endplatten 1 und 2 eingeklemmt werden, und zwar zwei Beutel 7 zwischen der Scharnierplatte 4 und der Endplatte 1 und die anderen beiden Beutel 7 zwischen der Scharnierplatte 5 und der Endplatte 2. Die Seitenflächen jedes Beutels 7 befinden sich beim Formen parallel zueinander, jedoch ist der Beutel 7 bei Unterdrucksetzen auf eine Keilform beschränkt, weil die Kanten nahe dem Scharnier 3 festgeklemmt sind.

Die benachbarten Flächen der Beutel 7 sind über einen ringförmigen Bereich 8 miteinander verbunden, der ein Loch 9 umgibt, über welches die von dem Inneren eines Beutels 7 gebildete Zelle sich mit der von dem Inneren des nächsten Beutels gebildeten Zelle in Verbindung befindet. Die der Endplatte 1 benachbarte Beutelfläche ist an die Endplatte 1 gebunden und zusätzlich mittels eines Flansches 10 an einen mit Schraubengewinde versehenen rohrförmigen Zapfen Il geklemmt, der durch die Endplatte! hindurch zum Inneren des ersten Beutels 7 und dann in das In-

nere aller Beutel 7 führt, die über die Löcher 9 in Verbindung miteinander stehen. Wenn es gewünscht wird, kann ein ähnlicher Hohlzapfen 11 durch die andere Endplatte 2 hindurch in den anderen Endbeutel 7 vorgesehen sein.

An Stelle durch den rohrförmigen Zapfen oder Stutzen 11 und die Löcher 9 hindurch kann Arbeitsmittel durch getrennte biegsame Schläuche 12 hindurch in die Beutel 7 eingeführt und aus ihnen herausgedrückt werden, von denen einer in eine Ecke jedes der Beutel 7 führt, wie es in unterbrochenen Linien angedeutet ist (F i g. 1). In diesem Fall brauchen die benachbarten Flächen der Beutel 7 nicht aneinander gebunden zu werden.

Wenn die Vorrichtung als Drehbetätigungseinrichtung an der Verbindung in einem künstlichen Arm verwendet werden soll, beispielsweise als Ellbogenverbindung, wird die Endplatte 1 an dem künstlichen Oberarm und die Endplatte 2 an dem künstlichen Unterarm starr befestigt. Wenn unter Druck stehendes Arbeitsmittel, beispielsweise Druckluft oder Öl von einer hydraulischen Pumpe in das Innere der Vorrichtung durch den Kanal 11 oder die Schläuche 12 hindurch eingeführt wird, werden die Beutel 7 derart ausgedehnt, daß die Platten 1 und 2 auseinandergeschwungen werden, um den Ellbogen zu biegen. Der Arm wird nachfolgend wiederum durch Aufheben des Arbeitsmitteldruckes gestreckt und bei Schaffung einer Rückkehrfeder werden die Platten 1 und 2 wiederum gegeneinander gedrückt, wenn die Beutel zusammenfallen. Wenn die Vorrichtung als Pumpe verwendet werden soll, kann das Öl oder andere Arbeitsmittel durch den Hohlzapfen 11 oder die Schläuche 12 hindurchgesaugt werden, wenn die Platten 1 und 2 mechanisch geöffnet werden, und das Arbeitsmittel kann darauffolgend aus der Vorrichtung herausgedrückt werden, wenn die Platten 1 und 2 geschlossen werden, und zwar entweder durch den gleichen Hohlzapfen 11 oder durch den ähnlichen Hohlzapfen, der sich durch die Platte 2 erstreckt oder durch die Schläuche 12 hindurch, und zwar in Abhängigkeit von der vorgesehenen Kanal- und Ventilanordnung.

Wenn die Vorrichtung als Stoßdämpfer oder Feder verwendet werden soll, wird die Vorrichtung durch den Hohlzapfen 11 oder die Schläuche 12 hindurch mit Arbeitsmittel gefüllt, wobei der Hohlzapfen 11 oder die Schläuche 12 dann mit einer Schraubenkappe oder einem anderen Verschluß verschlossen werden. Die mechanische Reaktion, welche die Platten 1 und 2 gegeneinanderdrückt, kann dann durch innere Reibung in dem Arbeitsmittel oder durch federnde Ausdehnung der Beutelwände absorbiert werden. Statt dessen kann bei Verwendnug undehnbarer Wände das Arbeitsmittel durch ein Drosselventil in einen geeigneten Behälter herausgedrückt werden.

In F i g. 2 ist eine bevorzugte Gestalt einer Beutelausführung wiedergegeben. Der Beutel 20 weist eine Innenauskleidung 21 auf, die aus verhältnismäßig undurchlässigem Material, beispielsweise Butylkautschuk oder Nitrilkautschuk (für Widerstand gegen gewisse Typen von Mineralöl) gebildet ist. Die Auskleidung 21 ist zuerst durch bekannte Arbeitsweisen gebildet und mit einem Auge 22 versehen, das bei zusammengesetzten Balgen Verbindung zwischen benachbarten Beuteln schafft. Das Auge 22 ist an einem Ende mit der Auskleidung 21 verbunden und das andere Ende ragt von dem Beutel 20 vor, um den benachbarten Beutel in dem zusammengesetzten Balgen mit der Auskleidung 21 zu verbinden.

Die innere Auskleidung 21 wird dann mit zwei Lagen 23 und 24 aus verkautschuktem Parallelcordstoff überzogen, wobei die Schnüre in der Lage 23 im rechten Winkel zu der Scharnierachse bzw. Gelenkachse des zusammengesetzten Balgens liegen, während die Schnüre in der Lage 24 zu der Scharnierachse parallel liegen. Die Lagen 23 und 24 sind rund um die innere Auskleidung 21 durch übliche Herstellungsverfahren aufgebaut, wie sie beispielsweise beim Aufbau von Reifen verwendet werden, und sie sind in bekannter Weise geformt und vulkanisiert, wobei zusätzliche Verstärkungsflecken an den Ecken des Beutels vorgesehen werden, wenn es erforderlich ist. Die Schnüre der Lagen 23 und 24 sind aus irgendeinem geeigneten Material gebildet, beispielsweise aus Kunstseide, einem Polyamid, Stahldraht oder Glasfaser.

Wenn die Vorrichtung mit höheren Arbeitsmitteldrücken über etwa 7 kg/cm² verwendet werden soll, kann es erwünscht sein, die innere Auskleidung 21 von den Verstärkungslagen 23 und 24 in dem fertiggestellten Beutel getrennt zu halten, jedoch kann sie statt dessen an die Innenfläche der Lage 23 gebunden werden. Für niedrigere Drücke kann ein Beutel, der aus unverstärktem Kautschuk- oder Kunststoffmaterial gebildet ist, oder ein durch Tauchformen gebildeter Beutel, der mit Webstoff verstärkt ist, verwendet werden.

Die in F i g. 3 dargestellte Vorrichtung ist als einheitliche Ausstoßung thermoplastischen Materials gebildet, wobei die Ausstoßung Beutel 7 a, Blöcke 1 a und 2 a, welche die Endteile bilden, und ein Scharnier 3 α bildet, das durch die die Blöcke 1 α und 2 a verbindende Folie gebildet ist. Die Ausstoßung ist auf die erforderliche axiale Länge geschnitten und die sich radial erstreckenden Kanten der Ausstoßung werden dann verschlossen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Beutel 7 α an den Kanten getrennt und dann durch Wärme oder Anwendung irgendeiner anderen Technik miteinander verbunden werden.

Die Beutel können allein ausgestoßen bzw. stranggepreßt werden und die Endteile können getrennte Teile ein, die aneinander angelenkt sind und zwischen denen die ausgestoßenen Beutel angeordnet sind.

Wenn diese Vorrichtung als Stoßdämpfer verwendet werden soll, werden die Beutel 7 α mit Arbeitsmittel gefüllt und dann verschlossen. Statt dessen kann ein dauerhafter Kanal für den Fluß von Arbeitsmittel in die Beutel 7 α und aus ihnen vorgesehen sein, und zwar getrennte Kanäle durch Verwendung von Schläuchen, beispielsweise der Schläuche 12 gemäß Fig. 1, oder durch gemeinsame Kanäle, die sich durch den einen oder den anderen der Blöcke 1 a oder 2 α erstrecken. In diesem Fall wird die ausgestoßene Vorrichtung bzw. stranggepreßte Vorrichtung gelocht bzw. durchbohrt, um die Kanäle durch die Blöcke la, la zu schaffen, und die gemeinsamen Endflächen der Beutel 7 a, welche die sich radial erstreckenden Membranen schaffen, werden gleichzeitig gelocht, so daß das Innere aller Beutel Ta sich in Verbindung miteinander befindet.

In F i g. 4 ist die Ausführung einer Vorrichtung 30 gemäß der Erfindung dargestellt, die eine Schub-Zug-Wirkung schaffen kann.

Die Vorrichtung 30 weist zwei Balgen 31 und 32 auf, die auf gegenüberliegenden Seiten eines Schar-

niers angebracht sind, das Scharnierplatten 33 und 34 und einen Scharnierbolzen 35 aufweist. Die Beutel 36, 37, welche die Balgen 31, 32 bilden, sind an ihren radial inneren Kanten zwischen dreieckförmigen Querschnitt aufweisenden Endteilen 38, 39, 40, 41 und den Scharnierplatten 33, 34 mittels Schrauben 42, 43 festgeklemmt.

Die Vorrichtung 30 ist in Form einer Scherenanordnung vorhanden, bei welcher die Endteile und die Scharnierplatten im Winkel relativ zueinander in jeder von zwei Richtungen bewegt werden können, indem Arbeitsmitteldruck durch nicht dargestellte Verbindungen einem entsprechenden Beutel zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209 524/61

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Umwandeln von Arbeitsmitteldruck in Winkelstellung oder umgekehrt, mit zwei Endteilen, die für relative Winkelbewegung gelenkig miteinander verbunden sind, und mit wenigstens einem zwischen den Endteilen angeordneten Beutel, der vollständig aus biegsamem Material gebildet ist und unter Druck stehendes Arbeitsmittel enthalten kann und eine Kammer umschließt, die sich bis zu einer Stelle nahe der Gelenkachse erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des oder der Beutel (7) sich radial nach innen bis zu einer der Gelenkachse benachbarten Stelle erstreckt und die Wände jedes Beutels gegeneinander konvergieren und sich an einer radial innersten Kante der Gelenkachse benachbart treffen und an der Gelenk- und Endteileinrichtung (1, 2, 3) an dieser Stelle entlang der gesamten Länge der Kante befestigt sind, so daß eine radiale Bewegung des oder der Beutel relativ zu der Achse der Gelenkeinrichtung verhindert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Beutel aus Kautschuk- oder Kunststoffmaterial gebildet sind, welches eine Cordverstärkung aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Beutel eine Web-Stoffverstärkung aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kante des oder der Beutel (36 bzw. 37) zwischen einer Scharnierplatte (33, 34) des Gelenks (35) und einem Endteil (z. B. 38) zu der Scharnierachse parallel und ihr eng benachbart eingeklemmt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Achse der Scharniereinrichtung nicht benachbarten Kanten des oder der Beutel derart gebildet sind, daß eine ununterbrochene Kurve oder Biegung rund um die Kanten geschaffen ist, wenn der oder die Beutel durch Arbeitsmitteldruck ausgedehnt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Beutel durch. eine einheitliche Ausstoßung thermoplastischen Materials gebildet sind, bei welcher die Ausstoßrichtung parallel zu der Achse des Gelenks verläuft und die Endkanten der Beutel, die sich von der Gelenkachse radial erstrecken, verschlossen sind.