DE102017220581B4

DE102017220581B4 - Kolbenanordnung und Verwendung

Info

Publication number: DE102017220581B4
Application number: DE102017220581.4A
Authority: DE
Inventors: Jan Hansmann; William Kaal; Sven Herold
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2019-09-26
Anticipated expiration: 2037-11-18
Also published as: DE102017220581A1

Abstract

Kolbenanordnung mit einer längs einer Raumachse (24) bidirektional auslenkbar gelagerten Kolbenstange (23), die in ein Gehäuse (21) mündet, dessen Innenraum (22) einen Abschnitt der Kolbenstange (23) umfasst, der eine orthogonal zur Raumachse (24) orientierte, druckbeaufschlagbare Wirkfläche zugeordnet ist, die einem innerhalb des Innenraumes (22) herrschenden Druck unmittelbar ausgesetzt ist, durch den sich eine längs zur Raumachse (24) orientierte, auf die Kolbenstange (23) wirkende Stellkraft ausbildet, wobei innerhalb des Innenraumes (22) wenigstens ein erstes Wandlerelement (28) angeordnet ist, das eine mit einem Fluid befüllbare Fluidkammer (1) aufweist, wobei das erste Wandlerelement (28)a) einen in die oder aus der Fluidkammer (1) gerichteten Fluidvolumenstrom oder eine auf das erste Wandlerelement (28) gerichtete Druckänderung in eine längs der Raumachse (24) orientierte Bewegung und/oder Kraft umzusetzen vermag oderb) eine längs der Raumachse (24) auf das erste Wandlerelement (28) wirkende Kraft in einen in die oder aus der Fluidkammer (1) gerichteten Fluidvolumenstrom oder eine Druckänderung innerhalb der Fluidkammer (1) umzusetzen vermag, und wobei das erste Wandlerelement (28) mit der Kolbenstange (23) derart in Wirkverbindung steht, dass die von dem ersten Wandlerelement (28) ausgeführte Bewegung und/oder erzeugte Kraft der auf die Kolbenstange (23) wirkenden Stellkraft entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkammer (1) des wenigstens einen Wandlerelementes (28) wenigstens eine ein Kammervolumen (5) um eine Längsrichtung (7) vollumfänglich umfassende Fluidkammerwand (4) sowie in Längsrichtung (7) eine Abfolge von wenigstens zwei Fluidkammerquerschnitten (q1, q2) aufweist, nämlich einen ersten und einen zweiten Fluidkammerquerschnitt, die beide unterschiedlich groß dimensioniert und elastisch zueinander gelagert sind, dass die Fluidkammerwand (4, 9) innerhalb des ersten und zweiten Fluidkammerquerschnittes in Form einer Ringstruktur (91, 92) ausgebildet ist und ein Wandmaterial aufweist, das aus einem formstabilen Material besteht, das Metall oder ein formstabiler Kunststoff oder ein faserverstärkter Kunststoff oder wenigstens ein Materialzusatz innerhalb eines elastomeren Materials ist,dass die Fluidkammerwand (4, 8) im übrigen Wandbereich elastisch verformbar, mit den Ringstrukturen (91, 92) fluiddicht verbunden und gemeinsam mit den Ringstrukturen (91, 92) mit einer zusätzlichen fluiddichten elastomeren Zusatzschicht (10) überzogen ist, unddass das Wandlerelement (28) jeweils mit der Längsrichtung (7) längs der Raumachse (24) angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 mit einer längs einer Raumachse bidirektional auslenkbar gelagerten Kolbenstange, die in ein Gehäuse mündet, dessen Innenraum einen Abschnitt der Kolbenstange umfasst, der eine orthogonal zur Raumachse orientierte, druckbeaufschlagbare Wirkfläche zugeordnet ist, die einem innerhalb des Innenraumes herrschenden Druck unmittelbar ausgesetzt ist, durch den sich eine längs zur Raumachse orientierte, auf die Kolbenstange wirkende Stellkraft ausbildet. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung einer Kolbenanordnung.
Stand der Technik
Eine Kolbenanordnung bezeichnet im technischen Anwendungsfall ein linear bidirektional gelagertes Bauteil, das zusammen mit einem das Bauteil zumindest teilweise, fluiddicht umfassenden Gehäuse eine Kammer einschließt, deren Kammervolumen sich in Abhängigkeit der Linearbeweglichkeit des Bauteils verändert. Mit Hilfe einer derartigen Kolbenanordnung lässt sich eine innerhalb der Kammer herbeigeführte Druckänderung oder ein in die Kammer ein- oder ausgeführter Volumenstrom in eine einachsiale Bewegung, die die bidirektional beweglich angeordnete Baueinheit zumeist in Form einer Kolbenstange ausführt, umsetzen. Gleichsam ermöglicht eine durch die Kolbenstange ausgeführte einachsiale Bewegung eine Druckänderung innerhalb der ansonsten fluiddicht abgeschlossenen Kammer oder im Falle einer Öffnung innerhalb der Kammer zu einem durch die Öffnung gerichteten Volumenstrom.
Insbesondere im Falle einer bidirektionalen Auslenkung einer wenigstens abschnittsweise innerhalb eines Gehäuses angeordneten Kolbenstange verfügt diese typischerweise über einen die Kolbenstange radial überragenden Kragen, den sogenannten Kolben, der mittel- oder unmittelbar innerhalb des Gehäuses zwei Kammervolumina fluiddicht voneinander abtrennt, in die bzw. aus denen über eine Zu- bzw. Ableitung ein gasförmiges oder flüssiges Arbeitsmedium ein- bzw. ausgeleitet wird. In Abhängigkeit des jeweils verwendeten Arbeitsmittels werden derartige Kolbenanordnung als doppelt wirkende Pneumatik- oder Hydraulikzylinder bezeichnet. Ein Nachteil der an sich bekannten Pneumatik- oder Hydraulikzylinder betrifft ihren Leckage-behafteten Betrieb, bedingt durch einen unvermeidbar auftretenden Leckage-Fluidstrom zwischen dem Kolbenumfangsrand und der Innenwand des Kolben radial umfassenden Gehäuses. Gleichwohl ein Reibungs- und Leckage-Fluidstrom vermindernder Ölfilm die Innenwand benetzt, können Leckageverluste nicht ausgeschlossen werden. Zudem tritt das in das jeweilige Kammerteilvolumen einströmende Arbeitsmittel mit dem an der Kammerinnenwand anhaftenden Ölfilm in Kontakt, wodurch eine unerwünschte Arbeitsmittelkontamination stattfindet.
Der Druckschrift DE 19 55 344 A ist ein Schwingungsdämpfer ist entnehmen mit einer Kolbenanordnung, die eine längs einer Raumachse bidirektional auslenkbare Kolbenstange vorsieht, die in ein Gehäuse mündet, dessen Innenraum einen Abschnitt der Kolbenstange umfasst, der eine orthogonal zur Raumachse orientierte, druckbeaufschlagbare Wirkfläche zugeordnet ist, die einem innerhalb des Innenraumes herrschenden Druck unmittelbar ausgesetzt ist, durch den sich eine längs zur Raumachse orientierte, auf die Kolbenstange wirkende Stellkraft ausbildet, wobei innerhalb des Innenraumes wenigstens ein Wandlerelement angeordnet ist, das eine mit einem Fluid befüllbare Fluidkammer aufweist. Das Wandlerelement vermag einen in die oder aus der Fluidkammer gerichteten Fluidvolumenstrom oder eine auf das erste Wandlerelement gerichtete Druckänderung in eine längs der Raumachse orientierte Bewegung umzusetzen. Gleichsam vermag das Wandlerelement eine längs der Raumachse auf das Wandlerelement wirkende Kraft in einen in die oder aus der Fluidkammer gerichteten Fluidvolumenstrom oder eine Druckänderung innerhalb der Fluidkammer umzusetzen. Hierzu steht das Wandlerelement mit der Kolbenstange derart in Wirkverbindung, dass die von dem Wandlerelement ausgeführte Bewegung und/oder erzeugte Kraft der auf die Kolbenstange wirkenden Stellkraft entgegenwirkt.
Pneumatisch oder hydraulisch arbeitende Arbeitszylinder, die jeweils über elastisch verformbare Zylinderwände verfügen, sind überdies den Druckschriften DE 684 075 A , DE 27 24 397 C2 , DE 40 28 405 A1 sowie DE 24 06 835 A1 zu entnehmen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Kolbenanordnung mit einer längs einer Raumachse bidirektional auslenkbar gelagerten Kolbenstange, die in ein Gehäuse mündet, dessen Innenraum einen Abschnitt der Kolbenstange umfasst, der eine orthogonal zur Raumachse orientierte, druckbeaufschlagbare Wirkfläche zugeordnet ist, die einem innerhalb des Innenraums herrschenden Druck unmittelbar ausgesetzt ist, durch den sich eine längs der Raumachse orientierte, auf die Kolbenstange wirkende Stellkraft ausbildet, derart weiterzubilden, dass die Auslenkung der Kolbenstange Leckage-frei erfolgen soll. Die hierfür erforderlichen Maßnahmen sollen überdies eine längs der Raumachse, längs der die bidirektionale Auslenkung der Kolbenstange erfolgt, möglichst geringe Bautiefe erfordern, so dass eine platzsparende Anordnung für eine kontrolliert bidirektional auslenkbare Kolbenstange realisiert werden kann.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist Gegenstand des Anspruches 1. Die weitere Lösung der Aufgabe ist Gegenstand des Anspruches 20. Die lösungsgemäße Kolbenanordnung in vorteilhafter Weise ausbildenden Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung, insbesondere unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Eine lösungsgemäße Kolbenanordnung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 zeichnet sich dadurch aus, dass die Fluidkammer des wenigstens einen Wandlerelementes wenigstens eine ein Kammervolumen um eine Längsrichtung vollumfänglich umfassende Fluidkammerwand sowie in Längsrichtung eine Abfolge von wenigstens zwei Fluidkammerquerschnitten aufweist, nämlich einen ersten und einen zweiten Fluidkammerquerschnitt, die beide unterschiedlich groß dimensioniert und elastisch zueinander gelagert sind. Die die Fluidkammerwand ist innerhalb des ersten und zweiten Fluidkammerquerschnittes in Form einer Ringstruktur ausgebildet und weist ein Wandmaterial aufweist, das aus einem formstabilen Material besteht, das Metall oder ein formstabiler Kunststoff oder ein faserverstärkter Kunststoff oder wenigstens ein Materialzusatz innerhalb eines elastomeren Materials ist. Die Fluidkammerwand ist im übrigen Wandbereich elastisch verformbar ausgebildet und mit den Ringstrukturen fluiddicht verbunden und gemeinsam mit den Ringstrukturen mit einer zusätzlichen fluiddichten elastomeren Zusatzschicht überzogen. Dabei ist das Wandlerelement jeweils mit seiner Längsrichtung längs der Raumachse angeordnet.
Die lösungsgemäße Kolbenanordnung nutzt die Idee, dass das wenigstens eine innerhalb des Innenraums des Gehäuses angeordnete Wandlerelement einerseits mit der Kolbenstange mittel- oder unmittelbar in Wirkverbindung steht und andererseits eine Fluidkammer mit einem Fluidkammervolumen umfasst, die gegenüber dem Innenraum des übrigen Gehäusevolumens fluiddicht abschließt. Das Wandlerelement verfügt über eine wenigstens längs der Raumachse, längs der die Kolbenachse bidirektional auslenkbar ist, elastisch verformbare Wandlerelementwand, die sich einerseits fluiddicht mittel- oder unmittelbar an der Innenwand des Gehäuses abstützt und andererseits fluiddicht mittel- oder unmittelbar an der der Kolbenstange zugeordneten druckbeaufschlagbaren Wirkfläche angrenzt. Somit lagern die der Kolbenstange zugeordnete druckbeaufschlagbare Wirkfläche und insbesondere deren Umfangsrand kontaktfrei innerhalb des Innenraums des Gehäuses.
In einer einfachsten Ausführungsform zur bidirektionalen Auslenkung der Kolbenstange bedarf es lediglich einer aufeinander abgestimmten Einstellung bzw. Variation eines innerhalb der Fluidkammer des Wandlerelementes vorherrschenden ersten Arbeitsdruckes sowie eines innerhalb des Innenraums des Gehäuses vorherrschenden zweiten Arbeitsdruckes.
Durch den fluiddichten Abschluss der Fluidkammer des Wandlerelementes gegenüber dem Innenraum des Gehäuses ist ein leckagefreier Betrieb einer lösungsgemäß ausgebildeten Kolbenanordnung in Art eines doppelt wirkenden Zylinders möglich. Durch die unmittelbare Nutzung des innerhalb des Innenraums des Gehäuses vorherrschenden Druckes als einen dem Wandlerelement entgegenwirkenden Arbeitsdruck bedarf es keinerlei weiterer Komponenten, wie beispielsweise eines zweiten rückstellenden Wandlerelementes innerhalb des Gehäuses, wodurch die Einbautiefe einer lösungsgemäß ausgebildeten Kolbenanordnung signifikant reduziert werden kann.
Die Kolbenanordnung ist sowohl mittels flüssiger oder gasförmiger Arbeitsmittel betreibbar und ermöglicht somit in Abhängigkeit individueller Bedürfnisse und Anforderungen den Betrieb einer hydraulischen oder pneumatischen Kolbenanordnung, in der eine Druckdifferenz zwischen Fluidkammer und Innenraum des Gehäuses in eine Kolbenbewegung umgesetzt wird oder in der eine Kolbenbewegung in eine Druckdifferenz umgesetzt wird, die sich zwischen den Arbeitsdrücken innerhalb der Fluidkammer des Wandlerelementes und dem Innenraum des Gehäuses einstellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist längs des im Innenraum befindlichen Abschnittes der Kolbenstange ein die Kolbenstange radial überragender Kolben mit zwei Kolbenoberflächen angebracht, die sich einander gegenüberliegen und deren Oberflächennormalen zur Raumachse jeweils parallel orientiert sind. Der Umfangsrand des Kolbens ist innerhalb des Innenraums des Gehäuses kontaktfrei gelagert. Das Wandlerelement stützt sich einerseits über eine erste Kontaktfläche an einer der beiden Kolbenoberflächen und andererseits innenseitig mittel- oder unmittelbar am Gehäuse, vorzugsweise an der Innenwand des Gehäuses ab. In diesem Zusammenhang bedeutet der Begriff der „ersten Kontaktfläche“ jene Fläche, über die ein in der Fluidkammer des Wandlerelementes vorherrschender Arbeitsdruck auf den Kolben wirkt, d.h. die erste Kontaktfläche stellt eine von Seiten des Wandlerelementes auf den Kolben gerichtete, druckbeaufschlagbare Wirkfläche dar.
Die dem Wandlerelement abgewandte und dem Innenraum des Gehäuses zugewandte Kolbenoberfläche entspricht maximal der druckbeaufschlagbaren Wirkfläche, an der der im Innenraum des Gehäuses vorherrschende Druck wirkt. Wie die weiteren Ausführungen zeigen werden ist es vorteilhaft die Dimension dieser druckbeaufschlagbaren Wirkfläche durch Vorsehen geeigneter Maßnahmen zu reduzieren, um ein das bidirektionale Auslenkverhalten der Kolbenstange beeinflussendes Flächenverhältnis zwischen der ersten Kontaktfläche und der druckbeaufschlagbaren Wirkfläche in geeigneter Weise vorzugeben. So bietet es sich an, die erste Kontaktfläche und die druckbeaufschlagbare Wirkfläche gleich groß zu dimensionieren oder nach einem vorgegebenen Flächenverhältnis aufeinander abgestimmt zu dimensionieren.
Die Form und Anordnung der ersten Kontaktfläche sowie der dieser am Kolben gegenüberliegenden druckbeaufschlagbaren Wirkfläche sind jeweils derart zu wählen, so dass die auf den Kolben einwirkenden druckbedingten Stellkräfte um die Raumachse, längs der die Kolbenstange bidirektional auslenkbar gelagert ist, gleich verteilt angreifen, so dass keinerlei quer zur Raumachse orientierte Kraftkomponenten auf die Kolbenstange einwirken.
In einer weiteren Ausführungsform der lösungsgemäß ausgebildeten Kolbenanordnung ist wenigstens ein zweites Wandlerelement, vorzugsweise nach Art des vorstehend erläuterten ersten Wandlerelementes vorgesehen, das sich einerseits an der dem ersten Wandlerelement abgewandten Kolbenoberfläche über eine zweite Kontaktfläche und andererseits mittel- oder unmittelbar am Gehäuse abstützt. Die zweite Kontaktfläche ist dabei derart dimensioniert, dass die dem ersten Wandlerelement abgewandte Kolbenoberfläche reduziert um die zweite Kontaktfläche die druckbeaufschlagbare, dem Innenraum des Gehäuses zugewandte Wirkfläche bildet, deren Größe vorzugsweise der ersten Kontaktfläche entspricht oder in einem vorgegebenen Flächenverhältnis zur ersten Kontaktfläche steht. Vorzugsweise schließt die Fluidkammer des zweiten Wandlerelementes fluiddicht sowohl an der zweiten Kontaktfläche, d.h. an der Kolbenoberfläche, als auch dieser gegenüberliegend an der Innenwand des Gehäuses ab. In diesem Fall sorgt das zweite Wandlerelement für eine auf den Kolben wirkende Stellkraft, die der durch das erste Wandlerelement auf den Kolben wirkende Stellkraft entgegenwirkt.
Alternativ hierzu bietet es sich ebenfalls an, dass die Fluidkammer des zweiten Wandlerelementes offen durch das Gehäuse mündet. In diesem Fall herrscht in der Fluidkammer des zweiten Wandlerelementes atmosphärischer Umgebungsdruck, der unmittelbar über die zweite Kontaktfläche am Kolben anliegt.
Die lösungsgemäß ausgebildete Kolbenanordnung lässt sich vorzugsweise in hydraulischen Getrieben, mit passiven Übersetzungen mit und ohne Pumpen einsetzen sowie auch als hydraulisch-mechanische Wandler. Durch die kompakte Bauform sowie günstige Herstellbarkeit bildet die lösungsgemäße Kolbenanordnung eine vorteilhafte Alternative zur Verwendung zu Hydraulikzylindern, beispielsweise in hydraulischen Anlagen.
Geeignete Wandlerelemente stellen beispielsweise bidirektional auslenkbare Metallbälge dar, die über eine wellig ausgebildete und somit elastisch verformbare Metallbalgwand verfügen. Ein besonders geeignetes Wandlerelement sollte jedoch über eine hohe elastische Verformbarkeit in Längsrichtung, die der Hauptwirkrichtung des Wandlerelementes entspricht, besitzen und zugleich über eine möglichst hohe Blähsteifigkeit verfügen, d.h. Verformungen der Fluidkammer, die eine radial zur Längsrichtung orientierte Aufweitung des Fluidkammerquerschnittes bewirken, unterliegen einer Steifigkeit, die signifikant größer ist als die dem Wandlerelement zuordenbare Längssteifigkeit. Ein derartiges Wandlerelement sieht eine Fluidkammer vor, die wenigstens eine ein Kammervolumen um eine Längsrichtung vollumfänglich umfassende Fluidkammerwand sowie in Längsrichtung eine Abfolge von wenigstens zwei Fluidkammerquerschnitten aufweist, nämlich einen ersten und einen zweiten Fluidkammerquerschnitt, die beide unterschiedlich groß dimensioniert und elastisch zueinander gelagert sind. Die Fluidkammer weist innerhalb des ersten und zweiten Fluidkammerquerschnittes ein Wandmaterial auf, das aus einem formstabilen Material besteht, wohingegen die Fluidkammerwand im übrigen Wandbereich elastisch verformbar ist. Das unter Bezugnahme auf die weiteren Figuren näher erläuterte, besonders geeignete Wandlerelement ist mit seiner vorstehend bezeichneten Längsrichtung längs der Raumachse, längs der die Kolbenstange bidirektional auslenkbar ist, zwischen dem Gehäuse und dem Kolben angeordnet.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

1 Schematisierter Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der lösungsgemäß ausgebildeten Kolbenanordnung,
2 Schematisierter Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem zweiten Wandlerelement,
3 Schematisierter Querschnitt wie 2 jedoch mit offenem Zugang zum zweiten Wandlerelement,
4 Schematisierter Querschnitt durch eine lösungsgemäß ausgebildete Kolbenanordnung mit durch das Gehäuse vollständig durchragender Kolbenstange,
5 Schematisierte Teillängsschnittdarstellung durch ein lösungsgemäß ausgebildetes Wandlerelement,
6 Längsschnitt durch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Wandlerelementes,
7 Detailansicht einer Fluidwand des in 6 illustrierten Ausführungsbeispiels,
8 Detailansicht einer alternativ ausgebildeten Fluidwand,
9 Modulkomponente bestehend aus zwei über ein Elastomerwandabschnitt miteinander verbundene Ringstrukturen,
10 Wandlerelement aufgebaut auf Basis von einer Vielzahl der in 5 illustrierten Modulkomponente,
11 Alternative Modulkomponente sowie
12 Wandlerelement aufgebaut aus einer Vielzahl der in 11 illustrierten Modulkomponenten

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Kolbenanordnung 20, die ein Gehäuse 21 sowie eine in den Innenraum 22 des Gehäuses 21 einmündende Kolbenstange 23 aufweist, die längs der Raumachse 24 bidirektional auslenkbar relativ zum Gehäuse 21 gelagert ist. Die Kolbenstange 23 weist an ihrem in der 1 unteren Ende einen die Kolbenstange 23 radial überragenden Kolben 25 auf, der eine obere Kolbenoberfläche 26 sowie eine untere Kolbenoberfläche 27 besitzt. Zwischen dem Gehäuse 21 und der oberen Kolbenoberfläche 26 des Kolbens 25 ist ein vorzugsweise ringförmig um die Kolbenstange 23 ausgebildetes Wandlerelement 28 angebracht, das eine Fluidkammer 29 besitzt, die fluiddicht von einer radial außen liegenden Fluidkammerwand 30 und einer radial innen liegenden Fluidkammerwand 31 begrenzt ist. Beide Fluidkammerwände 30, 31 weisen vorzugsweise elastisch verformbares Material auf, so dass das Wandlerelement 28 längs der Raumachse 24 elastisch verformbar ist. Vorzugsweise sind die Fluidkammerwände 30, 31 wellenartig bzw. balgförmig ausgebildet.
Das Wandlerelement 28 ist einerseits fluiddicht an der Innenwand des Gehäuses 21 und andererseits an der oberen Kolbenoberfläche 26 fluiddicht gefügt. Das Wandlerelement 28 steht mit dem Kolben 25 über eine erste druckbeaufschlagbare Kontaktfläche 32 , die je nach Ausbildung des Wandlerelementes 28 ringförmig ausgebildet oder eine von einer Ringform abweichende Form besitzt, jedoch vorzugsweise symmetrisch um die Raumachse 24 ausgebildet ist, in Wirkverbindung.
Die Kolbenanordnung gemäß 1 weist somit zwei fluiddicht gegeneinander abgetrennte Arbeitsvolumina auf, nämlich die Fluidkammer 29 des Wandlerelementes 28 sowie der Innenraum 22, der vom Gehäuse 21, dem Wandlerelement 28 sowie der unteren Kolbenoberfläche 27 begrenzt ist.
Über separat angeordnete, jeweils absperrbar ausgebildete Fluidleitungen 34, 35 sind die Fluidkammer 29 des Wandlerelementes 28 sowie der Innenraum 22 des Gehäuses 21 individuell mit einem flüssigen oder gasförmigen Arbeitsmedium befüllbar, so dass die Arbeitsdrücke innerhalb der Fluidkammer 29 sowie des Innenraums 22 unabhängig voneinander oder aufeinander abgestimmt einstellbar sind.
Ergänzend zur Anbringung und Ausbildung des vorzugsweise ringförmig ausgebildeten Wandlerelementes 28 zwischen dem Gehäuse 21 und dem mit der Kolbenstange 23 verbundenen Kolben 25 sei erwähnt, dass das Wandlerelement 28 mit der radial außen liegenden Fluidkammerwand 30 gemeinsam mit dem Gehäuse 21 und der unteren Kolbenoberfläche 27 den Innenraum 22 fluiddicht abdichtet. Demgegenüber dichtet die radial innen liegende Fluidkammerwand 31 des Wandlerelementes 28 die Fluidkammer 29 gegenüber dem atmosphärischen Umgebungsdruck ab, der unmittelbar längs der Kolbenstange 23 durch eine obere Gehäuseöffnung 33 an einem Teilbereich der oberen Kolbenoberfläche 26 wirkt. Somit sind die Kolbenstange 24 sowie auch der Kolben 25 berührungslos gegenüber dem Gehäuse 21 gelagert, so dass keinerlei die bidirektionale Bewegung der Kolbenstange 23 beeinträchtigenden Reibungseffekte auftreten. Die bidirektionale Lagerung der Kolbenstange 23 samt Kolben ist durch den fluiddichten Abschluss des Wandlerelementes 28 am Gehäuse 21 sowie am Kolben 25 leckagefrei.
Über die so genannten hydraulischen Wirkflächen, die im Fall des in 1 illustrierten Ausführungsbeispiel die einerseits die erste Kontaktfläche 32 entspricht, an der der Arbeitsdruck innerhalb des Wandlerelementes 28 auf den Kolben 25 wirkt, und andererseits der gesamten unteren Kolbenoberfläche 27 entspricht, kann der Kolben 25 samt Kolbenstange 23 relativ zum Gehäuse 21 bewegt werden. Stellt man beispielsweise in dem in 1 illustrierten Fall im Innenraum 22 sowie in der Fluidkammer 29 den gleichen Arbeitsdruck ein, so bewegt sich der Kolben 25 samt Kolbenstange 23 nach oben, zumal die druckbeaufschlagbare Wirkfläche an der Unterseite des Kolbens 25 deutlich größer ist, als die erste Kontaktfläche 32. Um den Kolben 25 in einer ruhenden Nullstellung zu halten ist es daher erforderlich im Innenraum 22 einen gegenüber der Fluidkammer 29 geringeren Arbeitsdruck einzustellen.
In 2 ist ein weitgehend identisches zu 1 illustriertes weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem für baugleiche Komponenten die vorstehend erläuterten Bezugszeichen verwendet werden und das ergänzend zu 1 ein zweites Wandlerelement 36 vorsieht, das mit der unteren Kolbenoberfläche 27 über eine zweite Kontaktfläche 37 in Kontakt steht, die vom Flächeninhalt gleich dimensioniert ist mit der ersten Kontaktfläche 32. Auf diese Weise ergeben sich jeweils für die druckbeaufschlagbare Fluidkammer 29 des Wandlerelementes 28 und den druckbeaufschlagbaren Innenraum 22 jeweils gleich dimensionierte druckbeauschlagbare Wirkflächen zumal die untere Kolbenoberfläche 27 durch das Flächenmaß der zweiten Kontaktfläche 37 reduziert ist. Herrscht in diesem Fall der gleiche Arbeitsdruck sowohl in der Fluidkammer 29 als auch im Innenraum 22, kommt es zu keiner Bewegung des Kolbens 25 und der Kolbenstange 23, da die Druckkräfte im Gleichgewicht stehen. Erst durch Anlegen einer Druckdifferenz lässt sich der Kolben 25 in diesem Fall relativ zum Gehäuse 1 längs der Raumachse 24 auslenken.
Es sei angenommen, dass das zweite Wandlerelement 36 über einen konstant vorgegebenen inneren Arbeitsdruck verfügt, d.h. das zweite Wandlerelement 36 schließt jeweils fluiddicht sowohl am Gehäuse 21 als auch an der unteren Kolbenoberfläche 27 ab. Durch entsprechende Druckvorgabe innerhalb des zweiten Wandlerelementes 36 lässt sich somit ein unterschiedliches Wandlungsverhältnis für die Bewegung der Kolbenstange 23 in Zug- und Druckrichtung längs der Raumachse 24 einstellen.
Das in 2 illustrierte Ausführungsbeispiel verdeutlicht überdies, dass die jeweils absperrbaren Fluidleitungen 34, 35 an jeweils unterschiedlichen Stellen relativ zum Wandlerelement 28 sowie zu dem Gehäuse 21 anbringbar sind. Denkbar wäre beispielsweise auch eine entsprechende Fluidleitungszufuhr in die Fluidkammer 29 und den Innenraum 22 axial längs der Kolbenstange 23.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das gleichsam dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ein zweites Wandlerelement 38 aufweist, das zu Zwecken einer gezielten Reduzierung der druckbeaufschlagbaren Wirkfläche an der unteren Kolbenoberfläche 27 dient und zugleich über eine Öffnung 38 innerhalb des Gehäuses 21 frei in die atmosphärische Umgebung mündet. Auf diese Weise ist ein offener Zugang zum Kolben 25 gegeben, über den beispielsweise eine das Bewegungsverhalten beeinflussende zusätzliche Aktorik und/oder das Bewegungsverhalten des Kolbens 25 erfassende Sensorik anbringbar sind.
Alternativ oder in Kombination ist es ebenfalls möglich, die Kolbenstange 23 durch die Öffnung 38 nach unten zu verlängern, so dass eine Kolbenanordnung gemäß der in 4 illustrierten Ausführungsform geschaffen werden kann, bei der die Kolbenstange 23 das Gehäuse 21 vollständig fluiddicht durchragt.
Für die Ausbildung des Wandlerelementes 28 sowie auch des zweiten Wandlers 36 eignen sich grundsätzliche beliebige bidirektional verformbare, balgförmig ausgebildete Wandlerelemente. Im Weiteren wird unter Bezugnahme auf die 5 bis 12 ein besonders geeignetes Wandlerelement erläutert, das sich für den Einsatz in der lösungsgemäß ausgebildeten Kolbenanordnung besonders gut eignet.
5 zeigt einen hälftigen, Längsschnitt durch ein Wandlerelement, das eine Fluidkammer 1 aufweist, die mit einem Kammerboden 2, einem Kammerdeckel 3 sowie einer Kammerwand 4 ein inneres Kammervolumen 5 umfasst. Der Kammerboden 2 sowie Kammerdeckel 3 sind jeweils aus einem formstabilen Material gefertigt und schließen fluiddicht längs ihrer Umfangsränder an die Kammerwand 4 an. Zur Integration des Wandlerelementes in die Kolbenanordnung 20 bietet es sich an den Kammerdeckel 3 mit der Innenwand des Gehäuses 21 und den Kammerboden 2 mit der Kolbenoberfläche 26 fest zu fügen. Alternativ kann jedoch auch anstelle von Kammerboden 2 und Kammerdeckel 3 die Kammerwand unmittelbar jeweils stirnseitig einerseits an der Innenwand des Gehäuses und andererseits an der oberen bzw. unteren Kolbenoberfläche fluiddicht gefügt sein.
Zusätzlich mündet durch den Kammerboden 2 eine Fluidleitung 6 in das Kammervolumen 5. Die Fluidleitung 6 ist mit einem nicht weiter dargestellten Fluidreservoir verbunden, in dem ein kompressibles oder inkompressibles Fluid bevorratet ist. Das Kammervolumen 5 ist über eine ebenso nicht weiter dargestellte Förderpumpe mit dem aus dem Fluidreservoir bevorrateten Fluid druckbeaufschlagt befüllbar. Eine gleichsam nicht weiter dargestellte Absperreinheit längs der Fluidleitung 6 sorgt für eine bedarfsgerechte fluiddichte Unterbrechung bzw. Schließung der Fluidleitung 6.
Die Kammerwand 4 setzt sich in Längsrichtung 7 der Fluidkammer 1 aus einer abwechselnden Abfolge jeweils von aus elastomerem Material bestehenden Wandabschnitten 8 und aus formstabilem Material bestehenden Wandabschnitten 9 zusammen. Die aus formstabilem Material bestehenden Wandabschnitte 9 bilden formstabile Ringstrukturen, die die Kammerwand 4 längs der diesen zugeordneten Fluidkammerquerschnitten q1, q2, q3 und q4 vollumfänglich umfassen. Die Ringstrukturen 9 können bspw. als ringförmige Metallbänder ausgebildet sein, an die sich jeweils fluiddicht die elastomeren Wandabschnitte 8 beidseitig anfügen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel nehmen die Querschnittsflächen der jeweils von den Ringstrukturen 9 umfassten Fluidkammerquerschnitten q1, q2, q3 und q4 in der Bilddarstellung von unten nach oben stufenweise ab. Auf diese Weise sind die aus elastomerem Material bestehenden Wandabschnitte 8 geneigt gegenüber der Längsrichtung 7 orientiert und ermöglichen aufgrund ihrer elastischen Materialeigenschaften und ihre jeweils in Längsrichtung beidseitig festen Verbindung mit den Ringstrukturen 9 eine bevorzugte Verformung in Längsrichtung 7. Wird bspw. durch entsprechende Zu- oder Ableitung von Fluid in die oder aus der Fluidkammer 1 der auf die Kammerwand 4 lastende Fluiddruck variiert, so äußert sich dies durch eine Stellwegänderung des Wandlerelementes in Längsrichtung 7. Wird der Fluiddruck reduziert, so bewegen sich Kammerdeckel 3 und Kammerboden 2 aufeinander zu, wird hingegen der Fluiddruck innerhalb der Fluidkammer 1 erhöht, wächst der Abstand zwischen Kammerboden 2 und Kammerdeckel 3 in Längsrichtung 7 an. Eine Verformung der Fluidkammer 1 durch bloße Variation des Fülldruckes innerhalb der Fluidkammer 1 quer zur Längsrichtung 7 ist durch die um die Längsrichtung 7 hermetische Ausbildung der Ringstrukturen 9 vollständig unterbunden. Die formstabilen Ringstrukturen 9 verleihen dem Wandlerelement eine hohe Blähfestigkeit, d. h. eine Verformung quer zur Längsrichtung 7 wird durch die Ringstrukturen 9 unterbunden bzw. weitgehend unterbunden.
Sei demgegenüber angenommen, dass auf den Kammerdeckel 3 eine externe Last einwirkt und die Fluidkammer 1 befüllt und ansonsten fluiddicht abgeschlossen, bspw. durch Verschließen der Fluidleitung 6 mittels der vorstehend erwähnten nicht dargestellten Absperreinheit, so vermag das Wandlerelement nicht nur parallel zur Längsrichtung orientierte Lastkräfte, sondern auch quer zur Längsrichtung 7 orientierte Lasten durch eine begrenzt vorhandene Verformbarkeit quer zur Längsrichtung aufzunehmen. Derartige Fluidkammerwandverformungen mit geschlossener Fluidleitung erfolgen bei Befüllung der Fluidkammer mit einem inkompressiblen Fluid unter konstantem bzw. weitgehend konstantem Kammervolumen 5.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines lösungsgemäß ausgebildeten Wanderelementes mit einem formstabil ausgebildeten Kammerdeckel 3 sowie einem formstabil ausgebildeten Kammerboden 2, durch den in das Kammervolumen 5 eine Fluidleitung 6 mündet. Im Gegensatz zu dem in 5 illustrierten Wanderelement, das über eine nach Außen gestuft konisch in Erscheinung tretende Kammerwand 4 verfügt, umfasst die Kammerwand 4 im Ausführungsbeispiel gemäß 6 ein weitgehend zylinderförmiges Kammervolumen 5. Die Kammerwand 4 ist in diesem Fall in Art einer Faltenbalgstruktur ausgebildet und setzt sich in Längsrichtung 7 aus einer seriellen Abfolge von aus formstabilem Material bestehenden Ringstrukturen 91, 92 und aus elastischem Material bestehenden Wandabschnitten 8 zusammen. Die Ringstrukturen 91 weisen jeweils identische Größen und Formen auf. Ebenso sind die Ringstrukturen 92 identisch dimensioniert, jedoch umfassen die Ringstrukturen 92 größer dimensionierte Fluidkammerquerschnitte q2 als die von den Ringstrukturen 91 umfassten Fluidkammerquerschnitten q1.
7 zeigt einen detaillierten Ausschnitt der betreffenden Kammerwandabschnitte 91, 8, 92, 8. Unmittelbar am Kammerboden 2 grenzt fluiddicht eine Ringstruktur 91 an, die fluiddicht mit einem elastomeren Wandabschnitt 8 verbunden ist, der im Weiteren mit an die Ringstruktur 92 fluiddicht gefügt ist, die einen Fluidkammerquerschnitt q2 radial vollständig umfasst, der größer ist als der Fluidkammerquerschnitt q1. Die Ringstruktur 92 ist ferner mit einer weiteren Ringstruktur 91 über einen elastomeren Wandabschnitt 8 verbunden. Der in 7 dargestellte Fluidkammerwandabschnitt ist in Art eines Elastomergelenkes ausgebildet, das eine Verformung des Wandlerelementes bei entsprechender Fluiddruck- bzw. Kammervolumenänderung in Längsrichtung 7, die der Wirkrichtung des Wandlerelementes entspricht, ermöglicht. Eine radial zur Längsrichtung 7 orientierte Blähverformung bzw. Aufweitung, die der Blähsteifigkeit des Wandlerelementes entspricht, kann über das Oberflächenverhältnis zwischen den Ringstrukturen 91, 92 und den elastomeren Wandabschnitten 8 beeinflusst werden. Grundsätzlich gilt, je geringer der freie Oberflächenanteil der elastomeren Wandabschnitte 8 gewählt wird, umso größer ist die Blähsteifigkeit, d. h. umso geringer ist die dem Wandlerelement quer zur Längsrichtung 7 orientierte elastische Verformbarkeit.
Durch die in den 6 und 7 gewählte alternierende Abfolge von Ringstrukturen 91 und 92, die jeweils unterschiedlich groß dimensionierte Fluidkammerquerschnitte q1, q2 umfassen, wird der Bereich bzw. der Stellweg einer in Längsrichtung 7 orientierten Verformbarkeit vergrößert. Wird bspw. das Wandlerelement in Form eines Aktor genutzt, d. h. über die Fluidleitung 6 wird druckbetrieben kontrolliert Fluid zu- bzw. abgefördert, so vermag das Wandlerelement in Längsrichtung große Stellwege zu realisieren.
In 8 ist eine lösungsgemäße Kammerwand 4 illustriert, bei der die aus formstabilem Material gefertigten Ringstrukturen 91, 92 sowie die mit diesen fluiddicht verbundenen elastomeren Wandabschnitte 8 mit der zusätzlichen fluiddichten, elastomeren Zusatzschicht 10 überzogen sind, um insbesondere die formstabilen Ringstrukturen 91, 92 gegenüber äußeren Umwelteinflüssen zu schützen.
9 illustriert eine Modulkomponente 11 bestehend aus einer ersten Ringstruktur 91 sowie einer zweiten Ringstruktur 92, die jeweils über einen elastomeren Wandabschnitt 8 miteinander verbunden sind. Die Modulkomponente 11 dient zum Aufbau von in Längsrichtung 7 beliebig skalierbarer Wandlerelemente. 10 illustriert ein Wandlerelement, das durch entsprechend wechselseitiges Zusammenfügen einer Vielzahl der in 9 illustrierten Modulkomponente 11 zusammengebaut ist. So weisen die Ringstrukturen 91, 92 jeweils Fügeflächen 911, 921 auf, über die jeweils in Längsrichtung 7 benachbart angeordnete Modulkomponenten 11 paarweise aneinander gefügt werden. Die Fügung kann mittels Kraft-, Form- oder Stoffschlussverbindung erfolgen, vorzugsweise eignen sich Klebe- oder Schweißverbindungen, gleichfalls sind Schraub- oder Klemmverbindungen denkbar.
In dem in 10 illustrierten Wandlerelement sind jeweils acht der in 9 illustrierten Modulkomponenten 11 entsprechend in Längsrichtung 7 aneinander gefügt. Je nach Bedarf und Einsatzzweck des Wandlerelementes kann die Anzahl der in Längsrichtung 7 zwischen dem Kammerboden 2 und dem Kammerdeckel 3 angeordneten Modulkomponenten 11 geeignet gewählt werden.
11 zeigt eine weitere Variante für eine Modulkomponente 12, die eine Ringstruktur 91 vorsieht, die in Längsrichtung 7 beidseitig mit elastomeren Wandabschnitten 8 verbunden ist, an denen jeweils modifiziert ausgebildete Ringstrukturen 92* angebracht sind. Die modifiziert ausgebildeten Ringstrukturen 92* weisen jeweils in Längsrichtung 7 Fügekonturen 922, 923 auf, die bspw. in Art einer Feder-Nut-Verbindungskontur ausgebildet sind und bei jeweils entgegengesetzt paarweisem Eingriff unter Ausbildung eines Formschlusses ineinandergreifen. Auf diese Weise zentrieren sich die Modulkomponenten 12 beim Zusammenbau selbstständig. Ein durch den Zusammenbau von vier derartigen Modulkomponenten 12 gefertigtes Wandlerelement ist in 12 illustriert. Auch in diesem Fall gilt es die Fügestellen zwischen jeweils zwei benachbarten Modulkomponenten 12 an den entsprechenden Fügekonturen 922, 923 durch zusätzliche Schweiß-, Kleb- und/oder Klemmverbindungen belastbar auszugestalten.
Das Wandlerelement zeichnet sich durch den vorstehend beschriebenen Verbund aus elastomeren Wandabschnitten 8 und formstabilen Ringstrukturen 9, 91, 92 aus, der eine hohe Blähsteifigkeit bei gleichzeitig großer elastischer Verformbarkeit längs der, der Hauptwirkrichtung des Wandlerelementes entsprechenden Längsrichtung besitzt. Insbesondere durch Verwendung der vorstehend erläuterten Modulkomponenten 11, 12 ist eine günstige und beliebig skalierbare Herstellung von Wandlerelementen aus kostengünstigen Rohstoffen möglich. Ein besonderer Vorteil des Wandlerelementes besteht darin, dass das Wandlerelement fluiddicht und leckagefrei ausgebildet ist und somit eine vollständig reibungsfreie hydraulische oder pneumatische Komponente darstellt, die neben ihrer Verformbarkeit in Längs- bzw. Hauptwirkrichtung über eine Querverformbarkeit verfügt, die überdies nur einen geringen Bauraum benötigt.
Bezugszeichenliste

1: Fluidkammer
2: Kammerboden
3: Kammerdeckel
4: Kammerwand
5: Kammervolumen
6: Fluidleitung
7: Längsrichtung
8: aus elastomerem Material bestehender Wandabschnitt
9: aus formstabilem Material bestehender Wandabschnitt bzw. Ringstruktur
91, 92: Ringstruktur
91*, 92*: Ringstruktur
10: elastomerer Überzug
11: Modulkomponente
12: Modulkomponente
911, 921: Fügeflächen
922, 923: Fügekontur in Art einer Federnutverbindung
20: Kolbenanordnung
21: Gehäuse
22: Innenraum
23: Kolbenstange
24: Raumachse
25: Kolben
26: Obere Kolbenoberfläche
27: Untere Kolbenoberfläche
28: Wandlerelement
29: Fluidkammer
30: Radial äußere Fluidkammerwand
31: Radial innere Fluidkammerwand
32: Erste Kontaktfläche
33: Obere Gehäuseöffnung
34, 35: Absperrbare Fluidleitungen
36: Zweites Wandlerelement
37: Zweite Kontaktfläche
38: Öffnung

Claims

Kolbenanordnung mit einer längs einer Raumachse (24) bidirektional auslenkbar gelagerten Kolbenstange (23), die in ein Gehäuse (21) mündet, dessen Innenraum (22) einen Abschnitt der Kolbenstange (23) umfasst, der eine orthogonal zur Raumachse (24) orientierte, druckbeaufschlagbare Wirkfläche zugeordnet ist, die einem innerhalb des Innenraumes (22) herrschenden Druck unmittelbar ausgesetzt ist, durch den sich eine längs zur Raumachse (24) orientierte, auf die Kolbenstange (23) wirkende Stellkraft ausbildet, wobei innerhalb des Innenraumes (22) wenigstens ein erstes Wandlerelement (28) angeordnet ist, das eine mit einem Fluid befüllbare Fluidkammer (1) aufweist, wobei das erste Wandlerelement (28) a) einen in die oder aus der Fluidkammer (1) gerichteten Fluidvolumenstrom oder eine auf das erste Wandlerelement (28) gerichtete Druckänderung in eine längs der Raumachse (24) orientierte Bewegung und/oder Kraft umzusetzen vermag oder b) eine längs der Raumachse (24) auf das erste Wandlerelement (28) wirkende Kraft in einen in die oder aus der Fluidkammer (1) gerichteten Fluidvolumenstrom oder eine Druckänderung innerhalb der Fluidkammer (1) umzusetzen vermag, und wobei das erste Wandlerelement (28) mit der Kolbenstange (23) derart in Wirkverbindung steht, dass die von dem ersten Wandlerelement (28) ausgeführte Bewegung und/oder erzeugte Kraft der auf die Kolbenstange (23) wirkenden Stellkraft entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkammer (1) des wenigstens einen Wandlerelementes (28) wenigstens eine ein Kammervolumen (5) um eine Längsrichtung (7) vollumfänglich umfassende Fluidkammerwand (4) sowie in Längsrichtung (7) eine Abfolge von wenigstens zwei Fluidkammerquerschnitten (q1, q2) aufweist, nämlich einen ersten und einen zweiten Fluidkammerquerschnitt, die beide unterschiedlich groß dimensioniert und elastisch zueinander gelagert sind, dass die Fluidkammerwand (4, 9) innerhalb des ersten und zweiten Fluidkammerquerschnittes in Form einer Ringstruktur (91, 92) ausgebildet ist und ein Wandmaterial aufweist, das aus einem formstabilen Material besteht, das Metall oder ein formstabiler Kunststoff oder ein faserverstärkter Kunststoff oder wenigstens ein Materialzusatz innerhalb eines elastomeren Materials ist, dass die Fluidkammerwand (4, 8) im übrigen Wandbereich elastisch verformbar, mit den Ringstrukturen (91, 92) fluiddicht verbunden und gemeinsam mit den Ringstrukturen (91, 92) mit einer zusätzlichen fluiddichten elastomeren Zusatzschicht (10) überzogen ist, und dass das Wandlerelement (28) jeweils mit der Längsrichtung (7) längs der Raumachse (24) angeordnet ist.
Kolbenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass längs des im Innenraum (22) befindlichen Abschnittes der Kolbenstange (23) ein die Kolbenstange radial überragender Kolben (25) mit zwei Kolbenoberflächen (26, 27) angebracht ist, die einander abgewandt und deren Flächennormalen zur Raumachse (24) parallel orientiert sind, dass das erste Wandlerelement (28) sich einerseits über eine erste Kontaktfläche (32) an einer der beiden Kolbenoberflächen und andererseits innenseitig mittel- oder unmittelbar am Gehäuse (21) abstützt, und dass zumindest ein Teil der dem ersten Wandlerelement (28) abgewandten Kolbenoberfläche (27) der druckbeaufschlagbaren Wirkfläche entspricht.
Kolbenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wandlerelement (28) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass eine zwischen dem ersten Wandlerelement (28) und dem Kolben (25) wirkende Abstützkraft gleichmäßig um die Kolbenstange (23) längs der ersten Kontaktfläche (32) verteilt ist.
Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (22) des Gehäuses (21), in dem der auf die der Kolbenstange (23) zugeordnete, druckbeaufschlagbare Wirkfläche wirkende Druck herrscht, von dem Gehäuse (21), der druckbeaufschlagbaren Wirkfläche sowie dem Wandlerelement (28) begrenzt ist, und dass in den Innenraum (22) des Gehäuses (21) wenigsten eine absperrbare Fluidleitung (35) mündet.
Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kontaktfläche (32) und die druckbeaufschlagbare Wirkfläche gleichgroß sind oder nach einem vorgegebenen Flächenverhältnis aufeinander abgestimmt dimensioniert sind.
Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweites Wandlerelement (36) nach Art des ersten Wandlerelementes (28) vorgesehen ist, das sich einerseits an der dem ersten Wandlerelement (28) abgewandten Kolbenfläche (27) über eine zweite Kontaktfläche (37) und andererseits mittel- oder unmittelbar am Gehäuse (21) abstützt.
Kolbenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kontaktfläche (37) derart dimensioniert ist, dass die dem ersten Wandlerelement (28) abgewandte Kolbenfläche (27) reduziert um die zweite Kontaktfläche (37) die druckbeaufschlagbare Wirkfläche bildet, deren Größe der ersten Kontaktfläche (32) entspricht.
Kolbenanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkammer (1) des zweiten Wandlerelementes (36) fluiddicht abgeschlossen ist oder im Bereich der zweiten Kontaktfläche (37) offen durch das Gehäuse (21) mündet.
Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkammerwand (4) in Längsrichtung (7) eine Abfolge von wenigstens drei Fluidkammerquerschnitten (q1,q2,q3) aufweist, nämlich den Ersten und Zweiten sowie einen dritten Fluidkammerquerschnitt, von denen der zweite Fluidkammerquerschnitt (q2) in Längsrichtung (7) zwischen dem Ersten und Dritten (q1, q3) angeordnet ist und kleiner oder größer ist als jeweils der Erste (q1) und Dritte (q3), und dass die Fluidkammerwand (4) innerhalb des ersten, zweiten und dritten Fluidkammerquerschnittes (q1, q2, q3) ein Wandmaterial aufweist, das aus einem formstabilen Material besteht, und dass die Fluidkammerwand (4) im übrigen Wandbereich elastisch verformbar ist.
Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens erste und zweite Fluidkammerquerschnitt (q1, q2) in Längsrichtung (7) beabstandet sind und über einen elastischen Fluidkammerwandabschnitt (8) miteinander verbunden sind.
Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkammer (1) einen Kammerboden (2) und einen Kammerdeckel (3) besitzt, die zusammen mit der Fluidkammerwand (4) das Kammervolumen (5) fluiddicht begrenzen, und dass in die Fluidkammer (1) wenigstens die absperrbare Fluidleitung (6, 35) mündet.
Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das aus einem formstabilen Material bestehende Wandmaterial in Form einer Ringstruktur (9) ausgebildet ist, mit einer den jeweiligen Fluidkammerquerschnitt (q1, q2,q3) kreisförmig umgebenden oder mit einer von der Kreisform abweichenden, in sich geschlossenen Ringform, die eine in Längsrichtung (7) orientierte Ringbreite besitzt.
Kolbenanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung (7) zwischen den Ringstrukturen (9, 91, 92) jeweils ein aus elastomerem Material bestehender Wandabschnitt (8) angebracht.
Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkammerwand (4) aus elastomerem Material gefertigt ist, und dass die Ringstrukturen (9, 91, 92) in das elastomere Material eingebettet sind.
Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkammerwand (4) eine Vielzahl von ersten, zweiten und dritten, jeweils von Ringstrukturen (9) umfasste Fluidkammerquerschnitten (q1, q2, q3) in Längsrichtung (7) aufweist.
Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und dritte Fluidkammerquerschnitt (q1, q3) gleich groß dimensioniert sind.
Kolbenanordnung nach Anspruch 12 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkammerwand (4) aus wenigstens zwei baugleichen Modulkomponenten (11, 12) zusammengesetzt ist, wobei jeweils eine Modulkomponente (11, 12) zwei unterschiedlich groß dimensionierte Ringstrukturen (91, 92) aufweist, die über einen elastomeren Zwischenwandabschnitt (8) miteinander verbunden sind, und dass jeweils zwei gleichdimensionierte Ringstrukturen (92*) beider Modulkomponenten unter Ausbildung einer Fluidkammerkammerwand (4) mit den drei Fluidkammerquerschnitten zusammengefügt sind.
Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und dritte Fluidkammerquerschnitt (q1, q3) unterschiedlich groß sind.
Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkammer (4) des wenigstens ersten Wandlerelementes (28) ein ringförmiges Kammervolumen ist.
Verwendung der Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 zur bidirektional beweglichen Lagerung und/oder Positionierung einer mittel- oder unmittelbar mit der Kolbenstange (23) verbundenen Struktur.