[0001] Die Erfindung betrifft einen fluidbetätigten Drehantrieb, mit einem sich zwischen
zwei Kopfstücken erstreckenden Schlauchkörper, dem eine an den beiden Kopfstücken
angreifende Kraftübertragungsstruktur zugeordnet ist, die bei Fluidbeaufschlagung
des Innenraumes des Schlauchkörpers eine relative Drehbewegung zwischen den beiden
Kopfstücken hervorruft.
[0002] Bekannte fluidbetätigte Drehantriebe, wie sie insbesondere in der Pneumatik eingesetzt
werden, verfügen beispielsweise über ein starres Gehäuse, in dem ein Kolben axial
verschiebbar angeordnet ist, der über Führungsmittel derart mit dem Gehäuse zusammenwirkt,
daß er bei der Axialbewegung gleichzeitig eine Drehbewegung ausführt. Diese Drehbewegung
wird auf eine drehfest mit dem Kolben bewegungsgekoppelte Stange übertragen, an der
somit eine Drehbewegung abgegriffen werden kann, die beispielsweise zur Betätigung
eines Ventils herangezogen werden kann. Ein Drehantrieb dieser Art geht aus der DE
44 27 779 C2 hervor.
[0003] Nachteilig bei derartigen Drehantrieben ist der zu ihrer Realisierung notwendige
hohe mechanische Aufwand, sei es im Zusammenhang mit der Führung des Kolbens oder
mit dessen Abdichtung zum Gehäuse. Diese bekannten Drehantriebe sind daher relativ
teuer und verschleißanfällig.
[0004] Man hat daher in der US 3,638,536 bereits einen fluidbetätigten Drehantrieb der eingangs
genannten Art vorgeschlagen, bei dem die Drehbewegung durch einen sich axial zwischen
zwei Kopfstücken erstreckenden und mit einer integrierten Kraftübertragungsstruktur
versehenen Schlauchkörper erzeugt wird. Der Schlauchkörper ist dort als Kontraktionsschlauch
ausgelegt, der sich bei Innendruckbeaufschlagung radial ausdehnt und gleichzeitig
über die Kraftübertragungsstruktur die beiden Kopfstücke zueinander zieht. Aufgrund
der Ausgestaltung der Kraftübertragungsstruktur als Strangstruktur mit zueinander
parallelen, wendelförmig verlaufenden Zugsträngen, hat die axiale Kontraktion zugleich
eine relative Drehbewegung zwischen den beiden Kopfstücken zur Folge, die sich zur
Betätigung eines zu drehenden Gegenstandes abgreifen läßt. Allerdings ist der abgreifbare
Drehwinkel relativ gering, so daß den Einsatzmöglichkeiten dieses bekannten Drehantriebes
rasch Grenzen gesetzt sind und der praktische technische Nutzen in Frage gestellt
werden kann.
[0005] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen fluidbetätigten Drehantrieb
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich bei kompakten Längenabmessungen
größere Drehwinkel realisieren lassen.
[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß sich die beiden Kopfstücke über eine
Abstützeinrichtung unter Gewährleistung ihrer relativen Verdrehbarkeit derart aneinander
abstützen, daß sie zur Beibehaltung ihrer axialen Relativposition an einer axialen
Relativbewegung im Sinne einer gegenseitigen Annäherung und/oder einer gegenseitigen
Entfernung gehindert sind.
[0007] Es wurde festgestellt, daß sich bei einer Fixierung der axialen Relativposition der
beiden Kopfstücke, bei gleichzeitiger Gewährleistung des Drehfreiheitsgrades bezüglich
der Längsachse, wesentlich größere Drehwinkel realisieren lassen als bei einem als
Kontraktionselement ausgelegten Schlauchkörper. Die Beibehaltung der axialen Relativposition
gewährleistet eine zwischen den beiden Kopfstücken wirksame Abstützeinrichtung, deren
axiale Wirkungsrichtung in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Kraftübertragungsstruktur
gewählt werden kann. Es wurde festgestellt, daß sich in Abhängigkeit vom Aufbau der
Kraftübertragungsstruktur und unter Berücksichtigung der axial wirksamen Druckbeaufschlagungsflächen
der Kopfstücke gewisse Tendenzen zu einem voneinander Entfernen oder zu einem einander
Annähern der Kopfstücke einstellen. Diesen Bewegungstendenzen kann dann durch entsprechende
Ausgestaltung der Abstützeinrichtung entgegengewirkt werden. Zweckmäßigerweise wird
man dabei eine Ausführungsform der Abstützeinrichtung wählen, die axiale Relativbewegungen
zwischen den beiden Kopfstücken in beiden Axialrichtungen verhindert. Mit der Erfindung
können vorzugsweise Drehbewegungen und Drehmomente mit definierter Zuordnung von Betriebsdruck,
Drehwinkel und Drehmoment unter Vermeidung von axialen Bewegungen als weiterer abhängigen
Variablen erzeugt werden.
[0008] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
[0009] Um einen zuverlässigen Betrieb des Drehantriebes auch dann zu gewährleisten, wenn
auf die Kopfstücke nicht rein axiale Kräfte einwirken, ist es von Vorteil, die Abstützeinrichtung
so auszulegen, daß sie zwischen den beiden Kopfstücken auftretende Querkräfte und/oder
Biegemomente aufnehmen kann. Zwar könnten zur Kompensation dieser Belastungen auch
externe Einrichtungen herangezogen werden, beispielsweise die relativ zueinander zu
verdrehenden Gegenstände selbst, wenn diese entsprechend gelagert sind. Um einen universellen
Einsatz des Drehantriebes zu ermöglichen, empfiehlt sich jedoch eine Integration auch
dieser Abstützfunktionen in die Abstützeinrichtung selbst.
[0010] Im übrigen ist auch zu erwähnen, daß die Abstützeinrichtung nicht notwendigerweise
als unmittelbare Komponente des Drehantriebes ausgeführt sein muß. Ihre Funktion kann
bei entsprechender Ausgestaltung auch von den relativ zueinander zu verdrehenden Gegenständen
selbst oder von sonstigen geeigneten externen Mitteln erfüllt werden.
[0011] Die Kraftübertragungsstruktur ist vorzugsweise als Strangstruktur ausgeführt, die
über eine Vielzahl sich zwischen den Kopfstücken erstreckender biegeflexibler Zugstränge
verfügt, die sich insbesondere schraubenwendelförmig zwischen den beiden Kopfstücken
erstrecken und die für die relative Drehbewegung bei Innendruckbeaufschlagung des
Schlauchkörpers verantwortlich sind. Es wäre denkbar, die Zugstränge durch kettfädenartige
Querstränge oder durch eine wie auch immer geartete Vernetzung in ihrer Relativposition
zu fixieren. Allerdings hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Strangstruktur
ausschließlich aus mit gleicher Längsorientierung nebeneinander verlaufenden Zugsträngen
aufzubauen. Deren Position wird zweckmäßigerweise dadurch stabilisiert, daß sie zumindest
teilweise in den Schlauchkörper eingebettet sind, beispielsweise durch Vulkanisation.
[0012] Es wurde festgestellt, daß sich mit einem zylindrischen, nur in einer Richtung gewendelt
strang- bzw. fadenverstärkten Elastomerschlauch, dessen Enden an Kopfstücken fixiert
sind, welche wiederum in axialer Richtung fixiert und bezüglich der Schlauchlängsachse
frei drehbar sind, dem Schlauchinnendruck und dem Schlauchinnenvolumen fest zuordenbare
große Drehwinkel und Drehmomente realisieren lassen.
[0013] Es wurde festgestellt, daß bei einem anfänglichen, also im drucklosen Zustand des
Schlauchkörpers betrachteten Schrägverlauf der Zugstränge von mehr als 54,7° bezüglich
der Längsrichtung des Schlauchkörpers bei dessen Druckbeaufschlagung zumindest anfänglich
eine Tendenz der Kopfstücke besteht, sich axial voneinander zu entfernen. In diesem
Falle kommt eine Abstützeinrichtung zum Einsatz, die zumindest diese axiale Relativbewegung
verhindert. Dagegen ist bei einem anfänglichen Schrägverlauf der Zugstränge von weniger
als 54,7° bei Druckbeaufschlagung des Schlauchkörpers eine zumindest anfängliche Kontraktionsneigung
festzustellen, so daß in einem solchen Falle die Abstützeinrichtung derart ausgeführt
werden sollte, daß sie zumindest eine axiale Relativbewegung der beiden Kopfstücke
im Sinne einer gegenseitigen Annäherung verhindert. Da sich der Schrägwinkel im Betrieb
des Drehantriebes mit zunehmender Verdrehung verringert, empfiehlt sich vor allem
dann wenn der anfängliche Schrägverlauf mehr als 54,7° entspricht und im Laufe des
Betriebes unter diese Marke fällt, eine in beiden Axialrichtungen wirksame axiale
Abstützung zwischen den beiden Kopfstücken.
[0014] Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, die Strangstruktur so auszulegen, daß
der bezüglich der Längsrichtung des Schlauchkörpers gemessene anfängliche Schrägverlauf
der Zugstränge im Bereich zwischen 55° und 65° liegt.
[0015] Prinzipiell wäre es möglich, die Abstützeinrichtung zumindest teilweise außerhalb
des Schlauchkörpers zu installieren. Wesentlich vorteilhafter weil platzsparender
ist jedoch eine Unterbringung der Abstützeinrichtung im Innenraum des Schlauchkörpers.
Dies hat zudem einen Fluidspareffekt zur Folge, weil das mit Fluid zu befüllende Volumen
des Innenraumes des Schlauchkörpers reduziert ist.
[0016] Um besonders hohe Drehwinkel zwischen den beiden Kopfstükken realisieren zu können,
wird der Schlauchkörper einschließlich der Kontraktionsstruktur mit entsprechend großer
Baulänge ausgeführt. Ohne besondere Zusatzmaßnahmen hätte dies jedoch im Betrieb eine
meist nicht tolerable große Radialausdehnung des Schlauchkörpers zur Folge. Aus diesem
Grund werden bei Drehantrieben mit relativ großer Schlauchkörperlänge dem betreffenden
Schlauchkörper zweckmäßigerweise Mittel zugeordnet, die lokal das radiale Aufweiten
des Schlauchkörpers bei Innendruckbeaufschlagung beeinflussen und insbesondere behindern
und die vorliegend als Begrenzungsmittel bezeichnet seien. Diese Begrenzungsmittel
können über die Länge des Schlauchkörpers verteilt angeordnet sein, wobei es sich
beispielsweise um Einzelelemente handeln kann, die insbesondere ring- oder gurtartig
ausgeführt und koaxial zum Schlauchkörper mit axialem Abstand zueinander angeordnet
sind. Dabei kann es sich um starre Ringelemente aus Kunststoffmaterial oder Metall
handeln. Denkbar wäre auch eine fadenartige Ausgestaltung aus zugfestem flexiblem
Material, beispielsweise Textilmaterial.
[0017] Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Begrenzungsmittel von zumindest
einem koaxial zum Schlauchkörper angeordneten Wendelkörper gebildet, der sich gleichsinnig
oder gegensinnig zur Strangstruktur schraubenwendelförmig entlang dem Umfang des Schlauchkörpers
erstreckt und dessen Gestalt beispielsweise vergleichbar einer Schraubenfeder gewählt
werden kann.
[0018] Die Begrenzungsmittel können am Außenumfang des Schlauchkörpers plaziert sein, werden
jedoch vorzugsweise zumindest teilweise und insbesondere vollständig in den Schlauchkörper
integriert.
[0019] Um einen vorbestimmten Drehwinkel realisieren zu können, sind ferner zweckmäßigerweise
Mittel vorhanden, die die radiale Verformung des Schlauchkörpers begrenzen. Sie können
im Innenraum des Schlauchkörpers oder außerhalb desselben plaziert sein und haben
vorzugsweise eine Anschlagfunktion.
[0020] Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
In dieser zeigen:
- Figur 1
- in einer Längsschnittdarstellung eine erste Bauform des erfindungsgemäßen Drehantriebes
im deaktivierten Zustand bei drucklosem Schlauchkörper, wobei gestrichelt eine mögliche
Gestalt des Schlauchkörpers im aktivierten Zustand dargestellt ist, und
- Figur 2
- eine Seitenansicht des Drehantriebes aus Figur 1 mit blickgemäß Pfeil II in schematischer
Darstellung und mit strichpunktierter Andeutung der in Figur 1 auch nur strichpunktiert
angedeuteten Kraftübertragungsstruktur.
[0021] Der in der Zeichnung allgemein mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Drehantrieb wird durch
Fluidkraft betätigt, wobei sich als Druckmedium jedes gasförmige oder hydraulische
Fluid eignet. Das Ausführungsbeispiel ist zum Betrieb mit Druckluft ausgelegt.
[0022] Der Drehantrieb 1 verfügt über zwei mit Abstand zueinander angeordnete Kopfstücke
3,4, die nachstehend zum Zwecke des besseren Verständnisses und ohne damit eine Einschränkung
verbinden zu wollen, als vorderes und hinteres Kopfstück 3,4 bezeichnet werden. Zwischen
diesen Kopfstücken 3,4 erstreckt sich axial ein flexibler und vorzugsweise gummielastischer
Schlauchkörper 2, der zweckmäßigerweise aus Gummi besteht und der sich aus einer oder
mehreren Materiallagen zusammensetzen kann.
[0023] Mit seinen beiden axialen Endabschnitten ist der Schlauchkörper 2 am jeweils zugeordneten
Kopfstück 3,4 befestigt. Diese Befestigung kann an sich auf beliebige Weise erfolgen,
wobei beim Ausführungsbeispiel geeignete Klemmvorrichtungen 9 vorgesehen sind. Dabei
kann der axiale Endbereich des Schlauchkörpers durch jeweils eine Überwurfmutter 10
am betreffenden Kopfstück 3,4 festgelegt sein.
[0024] Die Verbindung zwischen dem Schlauchkörper 2 und einem jeweiligen Kopfstück 3,4 ist
fluiddicht ausgeführt. Der Schlauchkörper 2 definiert daher zusammen mit den beiden
Kopfstücken 3,4 einen Innenraum 8, der bei Bedarf mit dem zur Betätigung dienenden
fluidischen Druckmedium, z.B. Druckluft, beaufschlagbar ist.
[0025] Die Fluidbeaufschlagung wird gewährleistet durch in den Innenraum 8 einmündende Fluidkanalmittel
12. Sie enthalten beim Ausführungsbeispiel einen das eine der beiden Kopfstücke 3,4,
vorliegend das hintere Kopfstück 4, durchsetzenden Fluidkanal 12', dessen äußeres
Ende über schematisch angedeutete Verbindungsmittel 11 an eine weiterführende Fluidleitung
13 angeschlossen ist, über die sowohl eine Zufuhr als auch eine Abfuhr des Druckmediums
bezüglich des Innenraumes 8 erfolgen kann. Es versteht sich, daß für die Einspeisung
und die Abfuhr des Druckmediums bei Bedarf auch getrennte Fluidkanäle vorgesehen sein
können.
[0026] Dem Schlauchkörper 2 ist mit koaxialer Ausrichtung eine in Figuren 1 und 2 schematisch
strichpunktiert angedeutete Kraftübertragungsstruktur 20 zugeordnet. Sie erstreckt
sich axial zwischen den beiden Kopfstücken 3,4, an denen sie befestigt ist. Ihr Aufbau
ist so gewählt, daß sie zum einen eine hohe Zugfestigkeit und zum anderen eine hohe
Biegeflexibilität aufweist. Dies kann am besten dadurch erreicht werden, daß sie in
Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel als eine hohlzylindrische Konfiguration
einnehmende Strangstruktur 6 ausgeführt ist.
[0027] Die Strangstruktur 6 beinhaltet eine Vielzahl von biegeflexiblen, gleichzeitig aber
zur Übertragung von Zugkräften zwischen den beiden Kopfstücken 3,4 geeigneten einzelnen
Zugsträngen 7, die beispielsweise aus textilen oder metallischen Fasern oder auch
aus Kunststoffmaterial bestehen können. Jeder Zugstrang 7 kann aus einer einzelnen
Faser gebildet sein, möglich ist aber auch ein mehrfasriger Aufbau, insbesondere in
Gestalt mehrerer zu einem Strang verdrillter Einzelfasern.
[0028] Die Strangstruktur 6 könnte bezüglich dem Schlauchkörper 2 separat ausgebildet sein,
wobei sie letzteren am Außenumfang komplett umschließt, beispielsweise nach dem Vorbild
der EP 0 161 750 B1. Vorzuziehen ist jedoch die auch beim Ausführungsbeispiel realisierte
Bauform, bei der die Strangstruktur 6 zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig
in den Schlauchkörper 2 integriert ist. Die Zugstränge 7 sind in das Material des
Schlauchkörpers 2 eingebettet, so daß der Schlauchkörper 2 und die Kraftübertragungsstruktur
20 eine Baueinheit bilden, die gemeinsam an den Kopfstücken 3,4 festlegbar ist. Durch
die Befestigung des Schlauchkörpers 2 wird auch die Kraftübertragungsstruktur 20 an
den Kopfstücken 3,4 fixiert, so daß sie bezüglich diesen Kopfstücken 3,4 Zugkräfte
ausüben kann.
[0029] Die Kraftübertragungsstruktur 20 ist derart ausgelegt, daß sie bei Fluidbeaufschlagung
des Innenraumes 8 eine relative Drehbewegung zwischen den beiden Kopfstücken 3,4 bezüglich
der Längsachse 14 des Schlauchkörpers 2 hervorruft. Ferner ist eine Abstützeinrichtung
18 vorhanden, über die sich die beiden Kopfstücke 3,4 unter Gewährleistung ihrer relativen
Verdrehbarkeit in axialer Richtung aneinander abstützen. Die Abstützfunktion ist so
gewählt, daß die beiden Kopfstücke 3,4 ungeachtet des momentanen Betriebszustandes
des Drehantriebes 1, also unabhängig vom Grad der Druckbeaufschlagung des Innenraumes
8, ihre axiale Relativposition beibehalten.
[0030] Beim Ausführungsbeispiel ist der Aufbau der Abstützeinrichtung 18 so gewählt, daß
sie die beiden Kopfstücke 3,4 an jeglicher axial orientierten Relativbewegung hindert.
Die Kopfstücke 3,4 können sich also weder gegenseitig annähern noch voneinander entfernen.
[0031] Im deaktivierten Zustand des Drehantriebes 1, also bei drucklosem Innenraum 8, nehmen
der Schlauchkörper 2 und die Kraftübertragungsstruktur 20 die aus Figuren 1 und 2
ersichtliche hohlzylinderähnliche Konfiguration ein. Bei Einspeisung eines unter Überdruck
stehenden Druckmediums in den Innenraum 8 weitet sich der gummielastische Schlauchkörper
2 radial auf, wie dies in Figur 1 bei 21 in gestrichelten Linien exemplarisch angedeutet
ist. Dies hat gleichzeitig eine radiale Beaufschlagung der Kraftübertragungsstruktur
20 zur Folge, die aufgrund ihrer besonderen Strukturierung eine relative Drehbewegung
zwischen den beiden Kopfstücken 3,4 um die Längsachse 14 hervorruft. Ist eines der
Kopfstücke, wie vorliegend das hintere Kopfstück 4, an einer Haltung 15 drehfest fixiert,
führt allein das andere, vorliegend das vordere Kopfstück 3, die Drehbewegung aus.
An diesem Kopfstück 3 vorgesehene Kraftübertragungsmittel 25 ermöglichen die Befestigung
eines beliebigen Gegenstandes 28, der verdreht werden soll. Der Gegenstand 28 kann
beispielsweise ein Maschinenteil oder der Betätigungsschaft eines Drehventils sein.
[0032] Bedingt durch die axiale Abstützung der beiden Kopfstücke 3,4 lassen sich exakt reproduzierbar
relativ große Drehwinkel realisieren.
[0033] Wird der Drehantrieb 1 durch Druckentlastung des Innenraumes 8 deaktiviert, stellen
sich die Kopfstücke 3,4 bedingt durch die gummielastische Rückstellkraft des Schlauchkörpers
2 bei fehlendem Lastmoment wieder in die anfängliche relative Drehposition zurück.
Es versteht sich, daß auch zusätzliche separate Rückstellmittel vorgesehen werden
können, obgleich diese in der Regel nicht erforderlich sind.
[0034] Die beispielsgemäße und besonders vorteilhafte Strangstruktur 6 setzt sich ausschließlich
aus Zugsträngen 7 zusammen, die sich schraubenwendelförmig mit bezüglich dem Schlauchkörper
2 koaxialer Anordnung und mit untereinander identischer Längs-orientierung zwischen
den beiden Kopfstücken 3,4 erstrecken. In Seitenansicht gemäß Pfeil II oder in einer
Abwicklung gesehen, ergibt sich somit zwischen der Längsrichtung der Zugstränge 7
und der Längsrichtung des Schlauchkörpers 2 ein Schrägverlauf, der in Figur 2 bei
"s" als Schrägwinkel markiert ist. Dabei ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß der
anfängliche Schrägverlauf, also der bei überdrucklosem Innenraum 8 und hohlzylindrischer
Ausrichtung des Schlauchkörpers 2 auftretende Schrägwinkel "s", im Bereich zwischen
55° und 65° liegt.
[0035] Ausgehend von diesem anfänglichen Schrägverlauf reduziert sich der Schrägwinkel "s"
bei zunehmender Druckbeaufschlagung des Innenraumes 8 infolge der radialen Verformung
der Zugstränge 7. Daraus resultiert eine schräge Einleitung der Zugkräfte in die Kopfstücke
3,4, die folglich zueinander verdreht werden. Der Drehwinkel und das Drehmoment läßt
sich über den im Innenraum 8 eingestellten Innendruck bzw. das in den Innenraum 8
eingeführte Fluidvolumen vorgeben.
[0036] Es wurde festgestellt, daß die auf die Kopfstücke 3,4 ausgeübten resultierenden Axialkräfte
bei einem momentanen Schrägverlauf der Zugstränge 7 von 54,7° eine Richtungsumkehr
unterliegen. Dies hat zur Folge, daß die Kopfstücke 3,4 beim Ausführungsbeispiel außer
den die relative Drehbewegung verursachenden Kräften zunächst auch noch Axialkräfte
erfahren, die sie im Sinne eines gegenseitigen Entfernens beaufschlagen. Eine dementsprechende
Bewegung wird jedoch durch die Abstützeinrichtung 18 verhindert. Verringert sich im
Laufe des Betriebes der aktuelle Schrägwinkel des "s" unter die Marke von 54,7°, erfahren
die Kopfstücke 3,4 insgesamt eine Axialbeanspruchung im Sinne einer gegenseitigen
Annäherung. Auch diese wird jedoch durch die Abstützeinrichtung 18 verhindert.
[0037] Gegenseitiges Entfernen resultiert aus dem fluidischen Innendruck und seiner konstanten
Wirkfläche an den Schlauchstirnseiten. Gegenseitiges Annähern resultiert aus der Axialkomponente
aller Strangzugkräfte an den Endstükken. Diese beiden Wirkungen heben sich auf, wenn
der Schrägwinkel an der im Durchmesser dicksten Stelle des Schlauchkörpers jenen Wert
54,7° aufweist.
[0038] Ersichtlich kann somit die Abstützeinrichtung 18 hinsichtlich der Wirkungsrichtung
der von ihr übernommenen Abstützfunktion unter Berücksichtigung des Arbeitsbereiches
der Strangstruktur 6 ausgelegt werden. Treten im Betrieb nur Schrägwinkel "s" über
54,7° auf, kann sich die Abstützung auf ein Verhindern eines gegenseitigen Entfernens
der Kopfstücke 3,4 beschränken. Liegt der Winkelbereich hingegen stets unterhalb 54,7°,
kann die Auslegung so getroffen werden, daß lediglich eine Abstützung zum Verhindern
einer axialen Annäherung stattfindet. Allerdings ist es schon aus Gründen der Stabilität
des Drehantriebes 1 als solches sehr sinnvoll, ungeachtet der im Betrieb auftretenden
Schrägwinkel eine stets in beiden Axialrichtungen wirksame Abstützung vorzusehen,
wie dies beim Ausführungsbeispiel der Fall ist.
[0039] Zweckmäßigerweise erfolgt eine Auslegung der Abstützeinrichtung 18 auch dahingehend,
daß sie zwischen den beiden Kopfstücken 3,4 auftretende Querkräfte und/oder Biegemomente
aufnehmen kann. Die Abstützeinrichtung 18 läßt in diesem Falle zwischen den beiden
Kopfstücken 3,4 nur einen einzigen Bewegungsfreiheitsgrad zu, nämlich eine relative
Drehbewegung bezüglich der Längsachse 14. Der Drehantrieb 1 ist dann problemlos universell
einsetzbar und für vielfältige in der Praxis auftretende Belastungsfälle geeignet.
[0040] Prinzipiell könnte die Abstützeinrichtung 18, insbesondere bei kleinen Durchmessern,
auch außerhalb des Schlauchkörpers 2 installiert sein. Wesentlich vorteilhafter ist
jedoch die auch beim Ausführungsbeispiel realisierte Lösung mit im Innenraum 8 des
Schlauchkörpers 2 untergebrachter Abstützeinrichtung 18. Dies ermöglicht kompakte
Außenabmessungen und gleichzeitig einen Fluidspareffekt, da das zur Aktivierung des
Drehantriebes 1 mit Fluid zu füllende Volumen reduziert ist.
[0041] Beim Ausführungsbeispiel enthält die Abstützeinrichtung 18 zwei an jeweils einem
der Kopfstücke 3,4 festgelegte und vorzugsweise integral mit diesen Kopfstücken 3,4
ausgebildete Stützelemente 22,23, die koaxial zueinander angeordnet sind und sich
jeweils axial in Richtung zum anderen Kopfstück 3,4 erstrecken. Über eine zwischengefügte
Lagereinrichtung 29 stützen sich die Stützelemente 22,23 unter Gewährleistung des
Drehfreiheitsgrades aneinander ab. Die Lagereinrichtung 29 des Ausführungsbeispieles
enthält eine Wälzlagereinrichtung 30 mit einem am einen Stützelement 22 festgelegten
Innenring 31 und einem am anderen Stützelement 23 festgelegten Außenring 32, wobei
zwischen diesen beiden Ringen insbesondere kugelartige Wälzelemente plaziert sind.
Die Fixierung der Ringe 31,32 erfolgt durch geeignete Befestigungsmittel 33, vorliegend
in Gestalt von Schraubelementen. Die Wälzlagereinrichtung 30 übernimmt die Funktion
eines axialen Zug- und Drucklagers und kann ferner Querkräfte sowie Biegemomente aufnehmen.
Lediglich eine Drehbewegung zwischen den beiden Stütz-elementen 22,23 bzw. den mit
diesen verbundenen Kopfstücken 3,4 ist möglich.
[0042] Die Stützelemente 22,23 können auch zur Stabilisierung des Schlauchkörpers 2 bei
deaktiviertem Drehantrieb 1 beitragen. Beim Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß
der Schlauchkörper 2 im drucklosen Zustand seines Innenraumes 8 koaxial an den Außenflächen
der Stützelemente 22,23 anliegt. Geeignete Kanalverbindungen 34 in den Kopfstücken
3,4 gewährleisten trotz allem den gewünschten Fluidzugang zur Innenfläche des Schlauchkörpers
2.
[0043] Der Drehantrieb 1 sollte möglichst so ausgelegt werden, daß die Durchmesserdifferenz
des Schlauchkörpers 2 im Betrieb nicht mehr als 100 % beträgt. Andererseits läßt sich
eine über das schon vorhandene hohe Winkelmaß hinausgehende Vergrößerung der realisierbaren
Drehwinkel nur durch eine axiale Verlängerung des Schlauchkörpers 2 und der Kraftübertragungsmttel
25 erzielen. Um diese Bedingungen miteinander zu vereinbaren, können daher dem Schlauchkörper
2 Mittel zugeordnet sein, die sein radiales Aufweiten bei Druckbeaufschlagung lokal
beeinflussen und insbesondere verhindern. Diese Mittel seien vorliegend als Begrenzungsmittel
bezeichnet, sie sind in Figur 1 strichpunktiert bei 35 in einer möglichen Realisierungsform
angedeutet.
[0044] Diese Realisierungsform sieht vor, daß es sich bei den Begrenzungsmitteln 35 um ein
oder mehrere ring- oder gurtartige Elemente handelt, die koaxial zum Schlauchkörper
2 angeordnet sind. Sind mehrere Elemente vorhanden, erfolgt eine axial beabstandete
Verteilung über die Länge des Schlauchkörpers 2 hinweg. Bei einer Druckbeaufschlagung
des Schlauchkörpers 2 sind somit nur die zwischen benachbarten Begrenzungsmitteln
35 liegenden Wandbereiche des Schlauchkörpers 2 zu einer radialen Ausdehnung in der
Lage. Auf diese Weise verfügt der Schlauchkörper 2 im aktivierten Zustand über eine
mehrfach ausgebauchte Außenkontur, wobei jedoch die Durchmesservergrößerung im Vergleich
zum deaktivierten Zustand wesentlich geringer ist als bei einer Bauform ohne Mittel
zur Aufweitungsbegrenzung.
[0045] Bei einer nicht dargestellten Alternativ-Bauform können die Begrenzungsmittel mindesten
einen sich koaxial zum Schlauchkörper 2 erstreckenden schraubenwendelförmig gestalteten
Wendelkörper enthalten. Dieser Wendelkörper könnte die Gestalt einer Schraubenfeder
haben, die koaxial zum Schlauchkörper 2 angeordnet ist.
[0046] Gleichsinnig zur Strangstruktur (aber mit deutlich größerer Steigung bzw. deutlich
geringerem Schrägverlauf) gewundene Begrenzungsmittel 35 bewirken eine lokal reduzierte
Aufweitung des Innenraumes, gegensinnig zur Strangstruktur (ebenfalls mit deutlich
größerer Steigung bzw. deutlich geringerem Schrägverlauf) gewundene Begrenzungsmittel
35 bewirken eine lokale Einschnürung des Innenraumes.
[0047] Bei allen Ausführungsformen können die Begrenzungsmittel wie im Ausführungsbeispiel
an der radialen Außenfläche des Schlauchkörpers 2 plaziert sein. Eine vorteilhaftere
Bauform sieht jedoch eine zumindest teilweise und vorzugsweise vollständige Integration
der Begrenzungsmittel 35 in die Wandung des Schlauchkörpers 2 vor. Es wäre auch denkbar,
die Begrenzungsmittel 35 in die Kraftübertragungsmittel 25 zu integrieren und bei
einer Ausgestaltung als Strangstruktur 6 eine geeignete Verknüpfung der Begrenzungsmittel
35 mit den einzelnen Zugsträngen 7 vorzusehen. Speziell in diesem Falle bietet es
sich an, die Begrenzungsmittel 35 ebenfalls in Form biegeflexibler und beispielsweise
fadenähnlicher Strangelemente auszuführen, wobei wie im Falle der Stangstruktur 6
ein textiler Aufbau denkbar wäre. Gleichwohl können die Begrenzungsmittel 35 auch
aus einem insgesamt starren Material bestehen, beispielsweise aus entsprechend hartem
Kunststoff oder aus Metall.
[0048] Um einen bestimmten maximalen Drehwinkel vorzugeben, können im Innenraum 8 des Schlauchkörpers
2 oder radial außerhalb des Schlauchkörpers 2 Mittel vorgesehen sein (nicht dargestellt),
die die radiale Verformung des Schlauchkörpers 2 begrenzen. Die Mittel übernehmen
vorzugsweise eine Anschlagfunktion und könnten daher auch als Anschlagmittel bezeichnet
werden.
[0049] Denkbar wären Anschlagmittel zur Drehwinkelbegrenzung durch Begrenzung der Durchmesseraufweitung
des Schlauchkörpers 6. Sind gegenläufig zur Strangstruktur 6 gewundene Begrenzungsmittel
35 vorhanden, kann die Anschlagfunktion durch gegenüber dem Innendurchmesser des Schlauchkörpers
2 reduziertem Außendurchmesser der Stützelemente 22,23 realisiert werden. Auch könnten,
insbesondere bei kleinen Schlauchkörperdurchmessern, außerhalb des Schlauchkörpers
2 plazierte Anschlagmittel zur direkten Begrenzung der Durchmesseraufweitung herangezogen
werden. In allen Fällen können die Anschlagmittel von einer entsprechend ausgestalteten
Abstützeinrichtung 18 gebildet sein.
1. Fluidbetätigter Drehantrieb, mit einem sich zwischen zwei Kopfstücken (3,4) erstrecken
Schlauchkörper (2), dem eine an den beiden Kopfstücken (3,4) angreifende Kraftübertragungsstruktur
(20) zugeordnet ist, die bei Fluidbeaufschlagung des Innenraumes (8) des Schlauchkörpers
(2) eine relative Drehbewegung zwischen den beiden Kopfstücken (3,4) hervorruft, dadurch
gekennzeichnet, daß sich die beiden Kopfstücke (3,4) über eine Abstützeinrichtung
(18) unter Gewährleistung ihrer relativen Verdrehbarkeit derart aneinander abstützen,
daß sie zur Beibehaltung ihrer axialen Relativposition an einer axialen Relativbewegung
im Sinne einer gegenseitigen Annäherung und/oder einer gegenseitigen Entfernung gehindert
sind.
2. Drehantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützeinrichtung (18)
so ausgelegt ist, daß sie zwischen den beiden Kopfstücken (3,4) auftretende Querkräfte
und/oder Biegemomente aufnehmen kann.
3. Drehantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungsstruktur
(20) als Strangstruktur (6) ausgeführt ist, die über eine Vielzahl sich zwischen den
Kopfstücken (3,4) erstreckender biegeflexibler Zugstränge (7) verfügt.
4. Drehantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zugstränge (7) koaxial
zum Schlauchkörper (2) schraubenwendelförmig mit untereinander gleicher Längsorientierung
zwischen den beiden Kopfstücken (3,4) erstrecken.
5. Drehantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem bezüglich der Längsrichtung
des Schlauchkörpers (2) gemessenen anfänglichen Schrägverlauf der Zugstränge (7) von
mehr als 54,7° die Abstützeinrichtung (18) so ausgeführt ist, daß sie zumindest eine
axiale Relativbewegung der beiden Kopfstücke (3,4) im Sinne eines gegenseitigen Entfernens
verhindert und vorzugsweise eine axiale Relativbewegung der beiden Kopfstücke (3,4)
sowohl im Sinne eines gegenseitigen Entfernens als auch im Sinne einer gegenseitigen
Annäherung verhindert.
6. Drehantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem bezüglich der Längsrichtung
des Schlauchkörpers (2) gemessenen anfänglichen Schrägverlauf der Zugstränge (7) von
weniger als 54,7° die Abstützeinrichtung (18) so ausgeführt ist, daß sie zumindest
eine axiale Relativbewegung der beiden Kopfstücke (3,4) im Sinne einer gegenseitigen
Annäherung verhindert.
7. Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der bezüglich
der Längsrichtung des Schlauchkörpers (2) gemessene anfängliche Schrägverlauf der
Zugstränge (7) im Bereich zwischen 55° und 65° liegt.
8. Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die
Abstützeinrichtung (18) im Innenraum (8) des Schlauchkörpers (2) befindet.
9. Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützeinrichtung
(18) mindestens zwei jeweils an einem der beiden Kopfstücke (3,4) vorgesehene und
in Richtung zum jeweils anderen Kopfstück (3,4) ragende Stützelemente (22,23) aufweist,
die sich in relativ zueinander verdrehbarer Weise aneinander abstützen.
10. Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens
einem der Kopfstücke (3,4) Kraftübertragungsmittel (25) vorgesehen sind, die mit einer
zu einer Drehbewegung zu veranlassenden Einrichtung drehfest gekoppelt oder koppelbar
sind.
11. Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungsstruktur
(20) zumindest teilweise in die Wandung des Schlauchkörpers (2) integriert ist.
12. Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schlauchkörper
(2) Begrenzungsmittel (35) zugeordnet sind, die sein radiales Aufweiten bei Druckbeaufschlagung
seines Innenraumes (8) lokal beeinflussen und insbesondere lokal verhindern.
13. Drehantrieb nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsmittel (35)
über die Länge des Schlauchkörpers (2) verteilt angeordnet sind.
14. Drehantrieb nach Anspruch 12 oder 13 , dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsmittel
über koaxial zum Schlauchkörper angeordnete, ring- oder gurtartige Elemente verfügen.
15. Drehantrieb nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsmittel
(35) mindestens einen sich koaxial zum Schlauchkörper (2) erstreckenden Wendelkörper
enthalten.
16. Drehantrieb nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelrichtung des Wendelkörpers
bei als schraubenwendelförmiger Strangstruktur (6) ausgeführter Kraftübertragungsstruktur
(20) gleichsinnig oder gegensinnig zur Wendelrichtung der Strangstruktur (6) verläuft.
17. Drehantrieb nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsmittel
(35) zumindest teilweise in die Wandung des Schlauchkörpers integriert sind.
18. Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch innerhalb und/oder
außerhalb des Schlauchkörpers (2) angeordnete Mittel, die die radiale Verformung des
Schlauchkörpers (2) zur Vorgabe eines bestimmten Drehwinkels begrenzen, zweckmäßigerweise
indem sie eine Anschlagfunktion ausüben.