DE4308574A1

DE4308574A1 - Device for applying tensile forces

Info

Publication number: DE4308574A1
Application number: DE19934308574
Authority: DE
Inventors: Gerald Fuchs
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1993-03-18
Publication date: 1994-09-22

Abstract

It is already known to produce tensile forces by a pressure medium, such as air or oil, by pistons movable in cylinders. However, these devices have the disadvantage that the force increases slowly, since the full pressure first has to be achieved before the piston moves. With the device according to the invention, the force is to increase directly upon the admission of pressure. This is achieved in that at least one band-shaped or rope-shaped tension element (4 to 11) is arranged in the longitudinal direction of the bellows (2), and that the tension elements (4 to 11) present extend at least from one end (12) of the bellows (2) up to an opposite end (13) of the bellows (2) and are fastened to the bellows (2) in such a way that, when pressure is admitted to the bellows (2), the extension of the bellows (2) is effected only in its transverse direction. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbringung von Zugkräften gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for application of tensile forces according to the preamble of claim 1.

Es ist bereits bekannt, Zugkräfte durch Vorrichtungen zu erzeugen, die aus in Kolben sich bewegenden Zylindern be stehen. Das treibende Medium kann Luft, Wasser, Öl oder ein sonstiges Fluid sein. Für die Berechnung der zu er zeugenden Kräfte ist die Kolbenfläche abzüglich der Kol benstangen-Fläche multipliziert mit dem Druck maßgebend. Der Kraftanstieg erfolgt langsam, da erst der volle Druck erreicht werden muß, bevor sich der Kolben bewegen kann. Die Zylinder müssen als Druckbehälter ausgelegt werden. Der maximale Druck ist durch die Belastbarkeit der Dich tungen begrenzt. Durch die Bewegungen des Kolbens ver schleißen oder brechen jedoch die Dichtungen, so daß der aufbringbare Druck und damit die erzeugbare Kraft im Laufe der Zeit bis auf Null sinkt.It is already known to pull forces through devices generate that be from cylinders moving in pistons stand. The driving medium can be air, water, oil or be another fluid. For calculating the he generating force is the piston area minus the piston benstangen area multiplied by the pressure decisive. The increase in force takes place slowly, because only the full pressure must be reached before the piston can move. The cylinders must be designed as pressure vessels. The maximum pressure is due to the resilience of you limited. By the movements of the piston ver but wear or break the seals, so that the applied pressure and thus the generated force in the Over time it drops to zero.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Auf bringung von Zugkräften zu schaffen, bei der bereits am Anfang der Druckbeaufschlagung eine hohe Kraft vorliegt.The object of the invention is to provide a device for to create traction, at which already on A high force is present at the beginning of the pressurization.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kenn zeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved in a generic device of the type mentioned by the characteristics of the kenn drawing part of claim 1 solved.

Aufgrund der von Anfang an gespannten band- oder seilför migen und starren Zugelemente ergibt sich beim Beginn der Druckbeaufschlagung des Balges eine direkte Kraft übertragung. Zu Beginn der Kraftübertragung ist das Prin zip des gespannten Seiles maßgebend, das entgegen einer Zugspannung durch das Aufblähen des Balges in seiner Querrichtung ausgelenkt wird. Entsprechend der Gleichung, daß die Arbeit W das Produkt aus der erzeugten Kraft F und dem zurückgelegten Weg s ist, ergibt sich, ähnlich wie beim Flaschenzug, daß die erfindungsgemäße Vorrich tung sich besonders für kurze Wege mit großen Kraftanfor derungen eignet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine einfache und gewichtssparende Bauweise auf. Ferner sind keine sich verschleißende Dichtungen und keine be wegten Teile erforderlich. In der einfachsten Ausfüh rungsform kann die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem Gummibalg und einem vorzugsweise an der Außenfläche befe stigten Zugelement, beispielsweise einem Stahlseil, be stehen. In der Regel sind die Zugelemente starr bzw. un elastisch ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine direkte Kraftübertragung. In besonderen Anwendungsfällen können die Zugelemente eine gewisse Elastizität aufweisen, um Ruckbewegungen zu vermeiden.Because of the belt or rope conveyor stretched from the start moderate and rigid tension elements arise at the beginning of the Pressurizing the bellows is a direct force transmission. At the beginning of the power transmission is the prin decisive of the tension of the tensioned rope, that against a Tension due to the inflation of the bellows in its Transverse direction is deflected. According to the equation, that the work W is the product of the generated force F and the distance covered is s, results similarly as in the pulley system that the Vorrich invention especially for short distances with high power requirements changes. The device according to the invention has a simple and weight-saving design. Further are no wearing seals and no be moved parts required. In the simplest version tion form, the device according to the invention from one Rubber bellows and one preferably on the outer surface Stigen tensile element, for example a steel cable, be stand. As a rule, the tension elements are rigid or un elastic. This results in a direct one Power transmission. Can be used in special applications the tension elements have a certain elasticity in order Avoid jerky movements.

Bei der Druckbeaufschlagung des Balges vergrößert sich mit zunehmender Ausdehnung des Balges in seiner Querrich tung die in Längsrichtung erzeugte Kraft aufgrund der größer werdenden Querschnittsfläche des Balges. Diese Querschnittsänderung ist umso größer, je elastischer das Material ist, aus der der Balg besteht. Die durch die Querschnittsänderung des Balges erzeugte Kraft addiert sich zu der durch die gespannten Zugelemente bewirkte Kraft.The pressure on the bellows increases with increasing expansion of the bellows in its transverse direction tion the force generated in the longitudinal direction due to increasing cross-sectional area of the bellows. This The more elastic this is, the greater the cross-sectional change Is the material from which the bellows is made. The through the Cross-sectional change of the bellows generated force added caused by the tensioned tension elements Force.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise für Zugbewegungen, Hebelbewegungen, Drehbewegungen, zur Er zeugung von Haltekräften, beispielsweise bei einer Hand bremse, und/oder zum Lösen von mechanischen Sicherungen eingesetzt werden. The device according to the invention can for example for Pull movements, lever movements, rotary movements, to Er Generation of holding forces, for example with one hand brake, and / or to release mechanical locks be used.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung der Zugbälge be steht darin, diese in der Roboter- bzw. Steuerungstechnik einzusetzen. Dazu ist es notwendig, daß mindestens drei oder mehr Zugbälge an einem drehbar gelagerten Hebel so zu befestigen sind, daß die band- oder seilförmigen Zug elemente in einem Punkt der Befestigungsstelle zentriert sind. Die Zugelemente dürfen nur über diesen Punkt mit dem Hebel befestigt sein. Die jeweiligen anderen Enden der Zugbälge müssen mit einem Festlager verbunden sein. Die mit einer geeigneten Steuerung oder Regelung betätig ten Zugbälge bewegen den Hebel innerhalb eines kegelför migen Raumes. Durch Verlängerung und/oder Verkürzung der Zugbälge können die erforderlichen Kräfte aufgebracht und/oder gehalten werden. Da die Zugbälge eine ausrei chend hohe Vorspannung aufweisen, ist keine zusätzliche Arretierung notwendig. Die Drehlagerung des Hebels er folgt in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform durch eine Kugel, die in einer offenen Kugelpfanne gela gert ist. Die Zugelemente liegen auf der Oberfläche so auf, daß die Schwenkbewegungen des Hebels nicht behindert sind.A particularly advantageous application of the bellows be is in this in robotics or control technology to use. For this it is necessary that at least three or more bellows on a pivoted lever like this to be fastened that the band or rope-shaped train elements centered in one point of the attachment point are. The tension elements may only go over this point be attached to the lever. The respective other ends the bellows must be connected to a fixed bearing. The operated with a suitable control or regulation The bellows move the lever within a cone room. By extending and / or shortening the Bellows can apply the necessary forces and / or held. Since the bellows are enough have a sufficiently high preload is no additional Locking necessary. The pivot bearing of the lever follows in a particularly advantageous embodiment by a ball that was placed in an open ball socket device. The tension elements lie on the surface like this on that the pivoting movements of the lever are not hindered are.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend an hand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen:An embodiment of the invention is set out below described with reference to the drawings by way of example. Here demonstrate:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung von der Seite einer Vorrichtung zur Aufbringung von Zugkräften im druckfreien Zustand, Fig. 1 is a schematic view from the side of a device for applying tensile forces in the pressure-free state,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung von der Seite der in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zur Aufbrin gung von Zugkräften im druckbeaufschlagten Zu stand, Fig. 2 is a schematic view from the side of the apparatus shown in FIG. 1 for Aufbrin supply of tensile forces in pressurized to stand,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht längs der Linie I-I in der Fig. 1, Fig. 3 is a cross-sectional view along the line II in FIG. 1,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht längs der Linie II-II in der Fig. 2, Fig. 4 is a cross sectional view taken along the line II-II in Fig. 2,

Fig. 5 ein Diagramm, das den Kraftverlauf über der Zeit zeigt, Fig. 5 is a diagram showing the force profile over the time,

Fig. 6a eine Prinzipdarstellung von der Seite einer Vorrichtung mit einem im Raum bewegbaren Hebel, FIG. 6a shows a schematic view from the side of a device with a movable lever in space,

Fig. 6b eine Ansicht von oben des auf einer Kugel befe stigten Hebels, Fig. 6b is a view from above of the BEFE on a ball stigten lever,

Fig. 7a eine Prinzipdarstellung entsprechend der Fig. 6a mit einem nach rechts verschwenkten Hebel und Fig. 7a is a schematic diagram corresponding to Fig. 6a with a lever pivoted to the right and

Fig. 7b eine Ansicht von oben der in der Fig. 7a ge zeigten Vorrichtung. Fig. 7b is a top view of the device shown in Fig. 7a ge.

Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Erzeugung von Zugkräften, die aus einem Balg 2 und an der Außenfläche 3 des Balges 2 angeordneten, band- oder seilförmigen Zug elementen 4 bis 11 besteht. Der Balg 2 weist im entspann ten Zustand eine schlauchförmige Form auf. An seinen ge genüberliegenden Enden 12 und 13 ist der Balg 2 jeweils über ein starres Verbindungselement 14, 15 zum einen an einem Festlager 16 und zum anderen an einem Loslager oder verschiebbaren Punkt 17 verbunden. In einer anderen Aus führungsform sind die Enden 12 und 13 des Balges 2 direkt an den Lagern 16, 17 angeordnet. An dem Loslager 17 ist beispielsweise das Ende eines Zughebels einer Zentralver riegelung angeordnet. Die Druckbeaufschlagung des Balges 2 erfolgt beispielsweise über das Ende 12, indem ein gas förmiges oder flüssiges Fluid, wie beispielsweise Wasser, Luft oder Öl, in den Balg 2 hineingedrückt wird. Fig. 1 shows a device 1 for generating tensile forces, which consists of a bellows 2 and arranged on the outer surface 3 of the bellows 2 , band or rope-shaped train elements 4 to 11 . The bellows 2 has a tubular shape in the relaxed state. At its opposite ends 12 and 13 , the bellows 2 is connected via a rigid connecting element 14 , 15 on the one hand to a fixed bearing 16 and on the other hand to a floating bearing or displaceable point 17 . In another embodiment, the ends 12 and 13 of the bellows 2 are arranged directly on the bearings 16 , 17 . At the floating bearing 17 , for example, the end of a pull lever of a central locking is arranged. The bellows 2 is pressurized, for example, via the end 12 by pressing a gaseous or liquid fluid, such as water, air or oil, into the bellows 2 .

Bei einer Druckbeaufschlagung des Balges 2 dehnt sich der Balg 2 ellipsenförmig aus. Die Gesamtlänge 1 der Vorrich tung 1 verkürzt sich dabei um den Weg s auf die Lange x. Zur Kennzeichnung der neuen Lage ist das Bezugszeichen des Loslagers 17 mit einem Apostroph versehen.When pressure of the bellows 2, the bellows 2 expands elliptical. The total length 1 of the device 1 is shortened by the path s to the length x. To identify the new location, the reference number of the floating bearing 17 is provided with an apostrophe.

In der Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht des entspann ten Balges 2 gezeigt, an dessen Außenfläche 3 in der ge zeigten Ausführungsform seilförmige Zugelemente 4 bis 11 angeordnet sind, die in den Fig. 1 und 2 zur besseren Darstellung nur gestrichelt bzw. strichpunktiert gezeich net sind.In Fig. 3 is a cross sectional view of the relaxing th bellows 2 is shown, on the outer surface 3 in the ge embodiment shown, rope-like tension elements 4 are arranged to 11, the dashed lines only in Figs. 1 and 2 for better representation or dash-dotted lines Drawn net are.

Wie aus der in der Fig. 4 gezeigten Querschnittsansicht hervorgeht, dehnt sich der Balg 2 in seiner Querrichtung elastisch aus, so daß zwischen benachbarten Zugelementen ein Abstand a entsteht.As can be seen from the cross-sectional view shown in FIG. 4, the bellows 2 elastically expands in its transverse direction, so that a distance a arises between adjacent tension elements.

Anhand des Diagrammes der Fig. 5 ergibt sich der erzeug bare Kraftverlauf über der Zeit. In dem gezeigten Bei spiel sind die Zugelemente 4 bis 11 mit einer Vorspann kraft F_o zwischen den beiden Lagern 16, 17 vorgespannt. Bei einer Druckbeaufschlagung vom Zeitpunkt 0 wird die maximale Kraft F_Seil, die über die Zugelemente 4 bis 11 übertragbar ist, erzeugt, die an dem Loslager 17 an greift. Aufgrund der Querschnittsvergrößerung der Innen fläche des Balges 2 vergrößert sich bei konstantem Druck die durch den Balg 2 erzeugte Zugkraft. Die maximal über tragbare Kraft ist durch die Festigkeit des Balges 2 bzw. der Zugelemente 4 bis 11 begrenzt.The diagram of FIG. 5 shows the force curve that can be generated over time. In the example shown, the tension elements 4 to 11 are biased with a preload force F _o between the two bearings 16 , 17 . When pressure is applied from time 0, the maximum force F _rope , which can be transmitted via the tension elements 4 to 11 , is generated, which engages with the floating bearing 17 . Due to the increase in cross section of the inner surface of the bellows 2 , the tensile force generated by the bellows 2 increases at constant pressure. The maximum over portable force is limited by the strength of the bellows 2 or the tension elements 4 to 11 .

Die in den Fig. 6 a, 6b, 7a und 7b gezeigte Vor richtung 20 weist drei Bälge 21, 22 und 23 auf, die je weils mit ihrem einen Ende 24, 25, 26 an einem Festlager 27, 28, 29 befestigt sind. Das jeweilige, dazu gegen überliegende Ende 30, 31 und 32 der Bälge 21, 22, 23 ist jeweils über ein band- oder seilförmiges Zugelement 33, 34, 35 an einer Kugel 36 so befestigt, daß sich die Zug elemente 33, 34, 35 in einem Punkt 37 zentrieren. Vor zugsweise liegt dieser Punkt 37 an der zu den Enden 30, 31, 32 der Bälge 21, 22, 23 entferntesten Stelle, um da durch eine größtmögliche Bewegungsfreiheit zu erreichen. In der in der Fig. 6a gezeigten Ausführungsform ist an dieser entferntesten Stelle ein Stift oder Hebel 38 an der Kugel 36 befestigt. Die Kugel 36 selbst ist über einen unteren Kugelabschnitt 39 in einer Kugelpfanne 40 gelagert. Der Aufbau der Bälge 21, 22, 23 entspricht dem in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Balg 2. Die Beaufschla gung mit einem Druckmedium, beispielsweise Luft, Öl, Was ser, erfolgt über Leitungen 41, 42, 43, die zu einer ge eigneten Regelungs- oder Steuerungsanlage 44 führen.In Figs. 6a, 6b, 7a and 7b shown Before direction 20 has three bellows 21, 22 and 23, which are each secured weils with its one end 24, 25, 26 at a bearing 27, 28, 29. The respective, opposite end 30 , 31 and 32 of the bellows 21 , 22 , 23 is each attached to a ball 36 via a band or rope-shaped tension element 33 , 34 , 35 so that the tension elements 33 , 34 , 35th center at a point 37 . Before this point 37 is preferably at the most distant point to the ends 30 , 31 , 32 of the bellows 21 , 22 , 23 , in order to achieve the greatest possible freedom of movement. In the embodiment shown in FIG. 6a, a pin or lever 38 is attached to the ball 36 at this most distant point. The ball 36 itself is mounted in a ball socket 40 via a lower ball section 39 . The construction of the bellows 21 , 22 , 23 corresponds to the bellows 2 shown in FIGS. 1 to 4. The application of a pressure medium, for example air, oil, water, takes place via lines 41 , 42 , 43 , which lead to a suitable regulation or control system 44 .

In der in der Fig. 6b nur teilweise dargestellten An sicht von oben der Vorrichtung 20 ist die Zentrierung der Zugelemente 33, 34, 35 zu dem Punkt 37 hin ersichtlich. Die Zugelemente 33, 34 und 35 verlaufen auf der Oberflä che 45 der Kugel 36. In einer besonderen Ausführungsform können Führungen auf oder in der Oberfläche 45 der Kugel 36 für die Zugelemente 33, 34, 35 ausgebildet sein.In the only partially shown in Fig. 6b view from above of the device 20 , the centering of the tension elements 33 , 34 , 35 to the point 37 can be seen. The tension elements 33 , 34 and 35 extend on the surface 45 of the ball 36 . In a special embodiment, guides can be formed on or in the surface 45 of the ball 36 for the tension elements 33 , 34 , 35 .

Die Fig. 7a und 7b zeigen die in den Fig. 6a und 6b dargestellte Vorrichtung 20, bei der der Hebel 38 nach rechts ausgelenkt ist. Wie aus den Fig. 7a und 7b hervorgeht, ist der Hebel 38 innerhalb eines kegel förmigen Raumes 46 durch die Bälge 21, 22, 23 bewegbar. Dieser Raum 46 ist in den Fig. 7a und 7b in gestri chelten Linien eingezeichnet. Die Verstellung des Hebels 38 erfolgt durch die Längenänderungen der Bälge 21, 22, 23. In dem in der Fig. 7a gezeigten Beispiel weist der Balg 21 seine bei der erforderlichen Vorspannung mögli che, maximale Länge auf. Im Gegensatz dazu ist der Balg 23 auf seine minimale Lange durch das Einbringen von Druckmedium gebracht worden. Der Balg 22 weist eine mitt lere Länge auf. Aus der teilweise dargestellten Ansicht von oben der Fig. 7b ist der Verlauf der Zugelemente 33, 34 und 35 in gestrichelten Linien dargestellt. Der um die Vorrichtung 20 verlaufende, gestrichelt dargestellte Kreis 47 soll die Verstellbarkeit des Hebels 38 über den gesamten Kreisumfang deutlich machen. FIGS. 7a and 7b show the apparatus in Figs. 6a and 6b shown 20, wherein the lever is deflected 38 to the right. As can be seen from FIGS. 7a and 7b, the lever 38 is movable within a conical space 46 through the bellows 21 , 22 , 23 . This space 46 is shown in FIGS . 7a and 7b in dashed lines. The lever 38 is adjusted by changing the length of the bellows 21 , 22 , 23 . In the example shown in FIG. 7a, the bellows 21 has its maximum length possible with the required pretension. In contrast, the bellows 23 has been brought to its minimum length by introducing pressure medium. The bellows 22 has a medium length. From the partially shown top view of FIG. 7b, the course of the tension elements 33 , 34 and 35 is shown in dashed lines. The circle 47 shown in dashed lines around the device 20 is intended to make the adjustability of the lever 38 clear over the entire circumference of the circle.

Claims

1. Apparatus for applying tensile forces, best starting from a bellows that can be filled with a fluid, characterized in that in the longitudinal direction of the bellows ( 2 ) at least one band or seilörmi ges tension element ( 4 to 11 ) is arranged that the existing tension elements ( 4 to 11 ) extend at least from one end ( 12 ) of the bellows ( 2 ) to a ge opposite end ( 13 ) of the bellows ( 2 ) and are attached to the bellows ( 2 ) so that when pressurized of the bellows ( 2 ) the expansion of the bellows ( 2 ) takes place only in its transverse direction.

2. Device according to claim 1, characterized in that one end ( 12 , 14 ) of the device ( 1 ) on a fixed bearing ( 16 ) and the opposite end ( 13 , 15 ) is attached to a floating bearing ( 17 ).

3. Device according to claims 1 or 2, characterized in that the bellows ( 2 ) is elastically stretchable in its transverse direction.

4. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the device ( 1 ) acts directly on a load.

5. The device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the device ( 1 ) engages at one end of a mechanism for transmitting lever movements and / or rotary movements and / or clamping forces.

6. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least three bellows ( 21 , 22 , 23 ) at a distance from one another on a rotatably mounted lever ( 38 ) engage so that by a regulated or controlled adjustment of the Lengths of the bellows ( 21 , 22 , 23 ) of the lever ( 38 ) can be moved in space.

7. The device according to claim 6, characterized in that the bellows ( 21 , 22 , 23 ) for locking the lever ( 38 ) are biased in its starting position via a Druckme medium.

8. Device according to claims 6 or 7, characterized in that the lever ( 38 ) is fixed to a ball ( 36 ) which is mounted in a ball socket ( 40 ).

9. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that on the bellows ( 21 , 22 , 23 ) band or rope-shaped elements ( 33 , 34 , 35 ) are arranged, the opposite ends of which on the ball ( 36 ) or on the lever ( 38 ) so that the tension elements ( 33 , 34 , 35 ) center at one point ( 37 ).

10. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the tension elements ( 33 , 34 , 35 ) are spaced apart from one another at an equal angle.

11. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the device ( 20 ) is connected to a control or control system ( 44 ).