DE20314992U1

DE20314992U1 - Kontraktionseinheit

Info

Publication number: DE20314992U1
Application number: DE20314992U
Authority: DE
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2003-09-27
Filing date: 2003-09-27
Publication date: 2003-11-20
Anticipated expiration: 2013-09-28

Description

*1 ·4&idiagr;· &diams;»

G 22631 - lervps 10. September 2003

FESTO AG & Co, 73734 Esslingen Kontraktionseinheit

Die Erfindung betrifft eine Kontraktionseinheit mit einem sich zwischen zwei beabstandeten Kopfstücken erstreckenden Kontraktionsschlauch, dessen Innenraum mit einem fluidischen Druckmedium beaufschlagbar ist und wenigstens ein im entspannten Zustand der Kontraktionseinheit im Vergleich zum Innenraum kürzeres Füllelement enthält.

Eine Kontraktionseinheit ist beispielsweise der DE 299 06 626 Ul zu entnehmen, in der ein zwischen zwei beabstandeten Kopfstücken angeordneter, mit Innendruck beaufschlagbarer Kontraktionsschlauch beschrieben ist. Der Kontraktionsschlauch besitzt eine aus Fasermaterial bestehende Strangstruktur aus zwei in Überkreuzkonfiguration angeordneten Stranggruppen, die sich bei Innendruckbeaufschlagung des Kontraktionsschlauches zusammenziehen und eine Verringerung des Abstandes zwischen den beiden Kopfstücken bewirken.

Solche Kontraktionseinheiten sind einfach und verschleißarm aufgebaut und eignen sich für sehr präzise Positionieraufga-

• · ·* · · s e s

ben und für solche Positionieraufgaben, bei denen sehr hohe Stellkräfte benötigt werden.

Kontraktionseinheiten benötigen gegenüber herkömmlichen einfach- oder doppeltwirkenden Pneumatikzylindern weniger Druckluft . Geringerer Druckluftverbrauch bedeutet geringerer Energieverbrauch, so lassen sich beispielsweise gegenüber herkömmlichen Pneumatikzylindern 30% bis 60% Energie einsparen.

Um noch mehr Druckluft einzusparen ist beispielsweise aus der Veröffentlichung &ldquor;Der Fluidic Muscle in der Anwendung" von S. Hesse, Buchreihe FESTO Blue Digest Automation, 2003, Seite 31, eine Kontraktionseinheit der eingangs genannten Art bekannt, bei der im Innenraum des Kontraktionsschlauchs ein steifer Füllkörper angeordnet ist, der mit einem Kopfstück fest verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Kontraktionseinheit der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die verschleißarm betrieben werden kann und mit der sich Druckmedium einsparen lässt.

Diese Aufgabe wird durch eine Kontraktionseinheit mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Die erfindungsgemäße Kontraktionseinheit zeichnet sich dadurch aus, dass das Füllelement aus Material mit gummielastischeri Eigenschaften besteht.

Durch das gummielastisch verformbare Füllelement wird verhindert, dass die Kopfstücke beschädigt werden, sollten sie beim Kontrahieren an das Füllelement bzw. den Füllkörper stoßen. Außerdem werden dadurch Kontaktgeräusche zwischen dem Füllelement und den insbesondere aus Metall hergestellten Kopfstücken verhindert. Es besteht die Möglichkeit, dass das Füllelement aufgrund seiner Elastizität ein beispielsweise beim Betrieb der Kontraktionseinheit auftretendes Verbiegen des Kontraktionsschlauchs mitmachen kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, falls ein Füllelement verwendet wird, das den Innenraumquerschnitt im wesentlichen vollständig ausfüllt.

Unter Druckmedium in Sinne der Anmeldung wird vorzugsweise Druckluft verstanden. Es sind jedoch auch andere gasförmige oder hydraulische Druckmedien einsetzbar, beispielsweise, Hydrauliköle o. dgl..

Bei einer Weiterbildung der Erfindung füllt das Füllelement im entspannten Zustand der Kontraktionseinheit den Innenraumquerschnitt im wesentlichen vollständig aus. Es ist möglich, dass das Füllelement im entspannten Zustand der Kontraktions-

• ·

einheit die Innenwandung des Kontraktionsschlauchs allseitig berührt, da sich der Kontraktionsschlauch bei Druckbeaufschlagung aufweitet und somit Druckmedium am Füllelement vorbei strömen kann.

Es ist möglich, dass sich das Füllelement wenigstens über die Hälfte der Länge des Innenraums erstreckt. Der Innenraum kann also wenigstens zur Hälfte mit dem Füllelement gefüllt sein, so dass diese Bereiche nicht mit Druckmedium beaufschlagt werden müssen und somit solches eingespart werden kann.

Besonders bevorzugt ist ein einzelnes Füllelement vorgesehen, das, wie erwähnt, den Innenraumquerschnitt im wesentlichen vollständig ausfüllen und sich wenigstens über die Hälfte der Länge des Innenraumes erstrecken kann. Alternativ ist es jedoch auch möglich, mehrere, vorzugsweise hintereinander anordenbare und insbesondere aneinander angrenzende Füllelemente vorzusehen, von denen jedes einzelne den Innenraumquerschnitt im wesentlichen vollständig ausfüllen kann und die sich aneinandergereiht wenigstens über die Hälfte der Länge des Innenraumes erstrecken können.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung füllt das Füllelement den Innenraum des Kontraktionsschlauches im wesentlichen vollständig aus und ist komprimierbar ausgebildet. Bei dieser Variante ist der Druckluftverbrauch am geringsten, da hier

• ·

nur ein sehr geringes Volumen des Innenraumes mit Druckmedium zu beaufschlagen ist. Allerdings ist hierbei zu beachten, dass sich die Kontraktionseinheit bei zu wenig Luftaustausch unzulässig erwärmen kann, insbesondere falls sie in hochdynamischen Anwendungen eingesetzt wird. Gegebenenfalls kann das Füllelement Öffnungen, beispielsweise Poren od. dgl. aufweisen, die Druckluft aufnehmen. Es ist möglich das Füllelement derart zu konfigurieren, dass das Mindestmaß an benötigter Druckluft nicht unterschritten wird. Durch die Komprimierbarkeit des Füllelementes kann gewährleistet werden, dass beim Kontrahieren der Kontraktionseinheit nicht gegen den Widerstand des Füllelementes gedrückt werden muss, was zu einem Blockieren führen könnte.

Besonders bevorzugt ist das Füllelement lose im Innenraum angeordnet. Es kann also einfach ausgetauscht und durch ein anderes, gegebenenfalls eine andere Länge oder andere Querschnitt sabmessungen aufweisendes Füllelement ersetzt werden.

Es ist möglich, dass zumindest zwischen dem Ende des Füllelementes und dem in den Innenraum ragenden Kopfstückende des druckmediumzu- bzw. -abführenden Kopfstückes wenigstens im entspannten Zustand des Kontraktionsschlauches ein, eine Strömung von Druckmedium zwischen dem betreffenden Kopfstück und dem Innenraum ermöglichender, Spalt ausgebildet ist. Dadurch kann verhindert werden, dass sich das Füllelement am

Kopfstück festsetzen kann, beispielsweise wenn es durch Druckbeaufschlagung des Innenraums an ein Kopfstückende gepresst wird. Dies könnte zu einem Verschluss der Anschlüsse und somit zu einem Blockieren der Druckmediumversorgung führen.

Bevorzugt bilden beide Enden des Füllelementes einen Spalt mit dem ihm zugeordneten Kopfstückende, so dass eine allseitige Umströmung des Füllelements mit Druckmedium gewährleistet ist. Wenigstens ein Ende des Füllelementes kann eine Schrägfläche aufweisen, so dass ein Art keilförmiger Spalt zwischen dem Ende des Füllelementes und dem Kopfstückende gebildet ist. Besonders bevorzugt verläuft die Schrägfläche im wesentlichen über den gesamten Querschnitt des Füllelementes. Alternativ ist es'möglich, dass die Schrägfläche durch eine Anfasung eines bestimmten Bereiches des Endes des Füllelementes gebildet wird.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist das Füllelement ein Vollkörper. Alternativ ist es möglich, das Füllelement als Hohlkörper auszubilden, also in seinem Inneren noch einen insbesondere durchgehenden Kanal auszubilden. Das Füllelement kann eine zylindrische, insbesondere aufgrund der beiden Schrägflächen an den Enden schrägzylindrische Form aufweisen. Es sind jedoch auch andere Formen denkbar, beispielsweise die Form eines Quaders oder dergleichen.

Das Füllelement ist vorzugsweise aus einem Material mit geringem Gewicht hergestellt. Dafür eignet sich beispielsweise Gummi- und/oder Kunststoffmaterial. Bei dem Gummimaterial handelt es sich vorzugsweise um Schaumgummi und bei dem Kunststoffmaterial vorzugsweise um Schaumkunststoff, insbesondere Polyurethan-Schaumstoff.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:

eine bevorzugte Bauform der erfindungsgemäßen Kontraktionseinheit im Längsschnitt, wobei in durchgezogenen Linien ein deaktivierter und in strichpunktierten Linien ein aktivierten Betriebszustand der Kontraktionseinheit gezeigt ist.

Die einzige Zeichnung zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kontraktionseinheit 11. Sie besitzt einen Kontraktionsschlauch 12 aus einem elastischen Gummi- oder Kunststoffmaterial, der beidseitig durch Kopfstücke 13, 14 dichtend verschlossen ist. In der Wandung des Kontraktionsschlauches 12 befinden sich üblicherweise eine zur Vereinfachung nicht dargestellte biegeflexible Strangstruktur aus

zwei in Überkreuzkonfiguration, rautenartig angeordneten
Strängen.

Die Art der Befestigung zwischen dem Kontraktionsschlauch 12 und den Kopfstücken 13, 14 ist so gewählt, dass zwischen einem jeweiligen Kopfstück 13, 14 und dem Kontraktionsschlauch 12 eine fluiddichte Verbindung vorliegt. Ferner ist wichtig, dass zwischen der Strangstruktur und den Kopfstücken 13, 14
eine sehr zugfeste Verbindung vorliegt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Kopfstücke 13, 14
mehrteilig ausgeführt sind und über ein Innenteil 15 sowie
ein darauf nach Art einer Überwurfmutter aufgeschraubtes Außenteil 16 verfügen. Es sind auch andere Befestigungsarten
einsetzbar, beispielsweise eine Pressverbindung zwischen Außenteil 16 und Innenteil 15. Das Innenteil 15 hat einen sich in Aufschraubrichtung konisch verjüngenden Halteabschnitt 17, auf den der Kontraktionsschlauch 12 unter radialer Aufspreizung aufgesteckt ist. Die Endabschnitte des Kontraktionsschlauches
12 sind dann radial zwischen dem Außenteil 16 und dem Halteabschnitt 17 fest angespannt.

An beiden Kopfstücken 13, 14 insbesondere an dessen Innenteilen 15 vorgesehenen Befestigungsmittel 18, beispielsweise Gewindebohrungen, ermöglichen eine Befestigung an Bauteilen,
die relativ zueinander verlagert werden sollen. Die Kontraktionseinheit 11 lässt sich dann beispielsweise nach Art eines

fluidbetatigten Arbeitszylinders einsetzen. Mindestens eines der Kopfstücke 13, 14, vorliegend das in der Zeichnung in der rechten Bildhälfte gezeigte Kopfstück 14, ist mit einem durchgehenden Fluidkanal 19 versehen, der einenends durch den durch die Kopfstücke 13, 14 und den Kontraktionsschlauch 12 gebildeten Innenraum 2 0 ausmündet und andernends zur Außenseite des Kopfstückes 14 offen ist.

Im Innenraum 20 befindet sich ein Füllelement 21, das beispielhaft in einteiliger, zylindrischer Form dargestellt ist. Alternativ wäre es möglich, mehrere, vorzugsweise hintereinander angeordnete, insbesondere aneinander angrenzende Füllelemente 21 vorzusehen, beispielsweise in Form von Scheiben und/oder Kugeln. Das Füllelement 21 besteht aus einem Material mit gummielastischen Eigenschaften, insbesondere aus Gummi- und/oder Kunststoffmaterial. Als Gummimaterial eignet sich besonders Schaumgummi und als Kunststoffmaterial Schaumkunststoff, insbesondere Polyurethan-Schaumstoff.

Wie in der Zeichnung mit durchgezogenen Linien dargestellt, erstreckt sich das Füllelement 21 im entspannten bzw. deaktivierten Zustand der Kontraktionseinheit 11 über mehr als die Hälfte, insbesondere über ca. zwei Drittel der Länge des Innenraums 20. Das Füllelement 21 ist lose im Innenraum angeordnet, so das ein nicht dargestellter Teil davon auf der Innenwandung des Kontraktionsschlauchs 12 liegt. Der Durchmes-

ser des Füllelementes 21 ist im entspannten Zustand der Kontraktionseinheit 11 nicht viel kleiner als der Innendurchmesser des Kontraktionsschlauchs 12, so dass zwischen dem Füllelement 21 und der Schlauchwandung eine relativ schmaler, durch das Aufliegen des Füllelementes 21 auf der Innenwandung unterbrochener Ringspalt 22 ausgebildet ist.

Das Füllelement 21 besitzt an seinen beiden Enden jeweils eine Schrägfläche 23, die sich im wesentlichen über seinen gesamten Querschnitt erstreckt. Die Schrägflächen 23 bilden mit den zugehörigen Kopfstückenden 24, 25 der Kopfstücke 13, 14 jeweils einen Spalt 26, der dafür sorgt, dass Druckmedium frei zu- oder abströmen kann.

Bei Druckbeaufschlagung der Kontraktionseinheit strömt Druckmedium, insbesondere Druckluft über den Fluidkanal 19 am Kopfstück 14 in den Innenraum 20. Die in Überkreuzkonfiguration angeordneten Stranggruppen der Schlauchwandung sorgen für eine Kontraktion des Kontraktionsschlauchs 12 bei gleichzeitiger Durchmesservergrößerung. Wie in der Zeichnung mit strichpunktierten Linien dargestellt, weitet sich der Kontraktionsschlauch 12 also auf, während sich der Abstand der beiden Kopfstücke 13, 14 verkürzt. Die dem fluidzuführenden Kopfstück 14 zugeordnete Schrägfläche 23 am Ende des Füllelementes 21 und der dadurch gebildete keilförmige Spalt 26 sorgt dafür, dass Druckmedium frei einströmen kann und der

Druckmediumeinlass nicht durch das Füllelement 21 zugesetzt oder verstopft ist. Gleiches gilt für das Abströmen des Druckmediums zum Zwecke der Entspannung der Kontraktionseinheit 11. Trifft das Druckmedium auf die Stirnfläche des Füllelementes 21 wird dieses aufgrund seiner losen Anordnung im Innenraum 2 0 in Richtung gegenüberliegendes Kopfstück 13 gedrückt. Dabei kann es passieren, dass es auf dieses Kopfstück 13 aufschlägt. Durch das relativ weiche, gummielastische Material des Füllelementes 21 wird jedoch verhindert, dass es dadurch zu Beschädigungen oder unerwünscht lauten Kontaktgeräuschen kommt. Außerdem wird verhindert, dass beim Entlanggleiten des Füllelements 21 die Innenwandung des Kontraktionsschlauchs 12 beschädigt wird.

Die Länge des Füllelementes 21 kann derart konfiguriert werden, dass sie an den maximalem Kontraktionsgrad der Kontraktionseinheit 11 angepasst ist, dass also der Innenraum 2 0 auch im kontrahierten Zustand der Kontraktionseinheit 11 länger ist als das Füllelement 21. Dadurch wird verhindert, dass beim Kontrahieren gegen den Widerstand des Füllelements 21 gedrückt werden muss. Es ist jedoch auch möglich ein Füllelement 21 zu verwenden, das leicht komprimierbar ist und somit keinen großen Widerstand beim Kontrahieren bietet. Beispielsweise könnte ein Füllelement 21 verwendet werden, das aus Schaumgummi besteht.

Claims

1. Kontraktionseinheit mit einem sich zwischen zwei beabstandeten Kopfstücken (13, 14) erstreckenden Kontraktionsschlauch (12), dessen Innenraum (20) mit einem fluidischen Druckmedium beaufschlagbar ist und wenigstens ein im entspannten Zustand der Kontraktionseinheit (11) im Vergleich zum Innenraum (20) kürzeres Füllelement (21) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllelement (21) aus Material mit gummielastischen Eigenschaften besteht.

2. Kontraktionseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllelement (21) im entspannten Zustand der Kontraktionseinheit (11) den Innenraumquerschnitt im wesentlichen vollständig ausfüllt.

3. Kontraktionseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Füllelement (21) wenigstens über die Hälfte der Länge des Innenraums (20) erstreckt.

4. Kontraktionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllelement (21) komprimierbar ausgebildet ist und den Innenraum (20) im wesentlichen vollständig ausfüllt.

5. Kontraktionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllelement (21) lose im Innenraum (20) angeordnet ist.

6. Kontraktionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwischen dem Ende des Füllelementes (21) und dem in den Innenraum (20) ragenden Kopfstückende (25) des Druckmedium zuführenden Kopfstücks (14) wenigstens im entspannten Zustand des Kontraktionsschlauches (12) ein, eine Strömung von Druckmedium zwischen betreffendem Kopfstück (14) und Innenraum (20) ermöglichender, Spalt (26) ausgebildet ist.

7. Kontraktionseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ende des Füllelementes (21) einen Spalt (26) mit dem ihm zugeordneten Kopfstückende (24, 25) bildet.

8. Kontraktionseinheit nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das, insbesondere jedes Ende des Füllelementes (21) eine Schrägfläche (23) aufweist.

9. Kontraktionseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schrägfläche (23) im wesentlichen über den gesamten Querschnitt des Füllelementes (21) erstreckt.

10. Kontraktionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllelement (21) ein Vollkörper ist.

11. Kontraktionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllelement (21) aus Gummi- und/oder Kunststoffmaterial hergestellt ist.

12. Kontraktionseinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gummimaterial um Schaumgummi und bei dem Kunststoffmaterial um Schaumkunststoff handelt.

13. Kontraktionseinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als, Schaumkunststoff Polyurethan-Schaumstoff vorgesehen ist.