具有单件式铰链的管线引导装置，链节及铰链带的制作方法

本发明主要涉及一种管线引导装置，其用于引导线缆、软管等类似物，所述管线引导装置包括多个链节或链段，所述链节或链段优选地由塑料制成且相互连接或者可相互连接。特别地，本发明涉及权利要求1前序部分所述的管线引导装置，所述管线引导装置包括至少一个单件式铰链。

本发明还涉及一种具有单件式铰链的相应链节，以及涉及一种具有至少一个这种单件式铰链的铰链带。

背景技术：

管线引导装置(如能量引导链条或线缆拖拽装置)用于有保护地引导线缆、软管或类似物，用以使电力、信号或介质能够在第一连接点与相对移动的第二连接点之间传输。通常在各种情形中，在可水平或竖直偏移的转向区域中的管线引导装置能确保如下预定曲率半径，该预定曲率半径能够保护所述管线以免其发生扭折或断裂。

在这种管线引导装置的领域已经广为人知的是，铰链与待连接部件一起被制成单件式，更确切地说，以所谓的薄膜接头(Filmgelenken)、薄膜铰链(Filmscharnieren)或者箔片铰链(Folienscharnieren)的形式。这正如WO 2005/040659 A1描述的两类单件式铰链。在纵向方向上相邻的两个链段或链节之间设有薄膜接头或薄膜铰链，所述薄膜接头或薄膜铰链与该链段一起被制成单件式。这些薄膜铰链与单个链段的各底部元件一起形成单件式，这些薄膜铰链以铰链方式将这些元件连接起来并因此用于摆动，即，用于使链段相对彼此弯折以产生出转向弧(Umlenkbogen)。

WO 2005/040659 A1同样公开了一种用于使横向接片或覆盖元件摆动打开的单件式铰链。根据WO 2005/040659 A1的铰链也形成了薄膜铰链的形式，并且因此与相应链段的横向接片以及两个相对侧壁之一形成单件式。

专利EP 1 094 585 B1或DE 600 07 260 T2描述了一种由塑料制成的、用于能量引导链条的单件式链节。可弹性变形的铰链区域被设置用于使横向接片摆动打开和摆动闭合，该可弹性变形的铰链区域具有可减小横截面面积的空隙。

US 2003/0145575 A1公开了一种具有两个分离铰链带的横向接片用的铰链，所述两个分离铰链带设置用于将横向接片保持在打开的基本状态。

例如在WO 98/40645A1中能给出关于管线引导装置制造的进一步教导，所述管线引导装置在链节中具有单件式铰链区域。

专利EP 1 138 555 B1公开了一种管线引导装置，该管线引导装置整体被制成单件式，并且在该管线引导装置的可相对彼此弯折的单个链段或区段之间具有薄膜铰链。

另一类管线引导装置是能量引导链条，所述能量引导链条包含多个链节，所述链节例如通过摆动销以及相应的接收部以铰链方式相互连接。

在制造技术方面有利的是，管线引导装置的铰链区域连同其它组成部件进行单件式制造。如果存在较少单个零部件，则组装及维修过程中所涉及的复杂性及消耗通常都会有可察觉的减少。这例如适用于如下链节的单件式制造，该链节的剖面是U形，且该链节具有可摆动打开的横向接片。在横向接片与侧部件之间于是需要单件式铰链连接。

然而缺点在于，对于薄膜铰链的合适的可变形性而言，需要具有较低弹性模量(E-模量)的塑料。因此，当前具有薄膜铰链的部件仅能借助或者说由较有弹性的塑料(特别是以注射成型方法)制造。除了待应用塑料的要求外，关于工具(模具)构型方面也应考虑到特定的限制条件，特别是关于待制造膜铰链区域内的流动特性。

技术实现要素：

因此，本发明的任务在于，提出一种针对单件式制成的铰链的解决方案，该单件式制成的铰链在制造方面、特别是在材料选择方面能够提供更大的自由度。

根据本发明，该任务通过权利要求1所述的管线引导装置、权利要求13所述的链节、权利要求14所述的管线引导装置以及权利要求15所述的铰链带得以解决。

在最简单的实施构型中，根据本发明的解决方案的特别之处在于，与待连接部件制成单件式的铰链被实施成格栅形式，更准确地说，在所述铰链中设置有多个材料缺口。根据本发明，这些材料缺口在相互处于横向的两个方向中相对彼此地错位，意即，不仅在一个方向(特别是连接方向)上而且在横向于该方向的方向上。通过这种方法，铰链中的缺口形成了至少一个扭曲区域，所述扭曲区域相对于所述连接区域横向设置。特别地，一个或多个扭曲区域能垂直于连接方向延伸。

在大部分情形中涉及到纯摆动铰链，所述纯摆动铰链在摆动状态下的连接方向遵循绕着假想摆动轴线的曲率，意即，在非弯曲状态下，所述连接方向被基本上设置为垂直于该假想摆动轴线。在该情形中，所述连接方向涉及到单件式铰链的延伸方向，所述连接方向通常、但并非强制地与格栅状布置组件的短的主轴线方向重合。所述铰链也能在连接方向上以及在抵抗侧向偏转方面提供一定程度的容差，这例如有利于可摆动的横向接片。

在最广泛的意义上，所述铰链的单件式制造意味着：以单体方式(monolithisch)由一个件制造出铰链连同待连接部件。这特别是通过以常见铸造方式(例如以注射成型方法)制造或者也通过在其上成型、在其上注塑、或者在其它方面通过事后的材料锁合的连接来实现。

根据本发明建议，将缺口布置在形成铰链的区域中的布置方案使刚性的(即其本身并非特别地有挠性的)材料在这方面首次变得可适用。所述格栅状构型因此首次允许了由刚性的材料形成单体式铰链结构。

所述单件式铰链是挠性结构(英文通常称为“compliant mechanism”)。所述单件式铰链与所谓的屈曲铰链(英文通常称为“flexure hinge”)在结构上相似，该屈曲铰链在微系统技术(英文缩写为MEMS)中被熟知是由硅制成的固态铰链。然而在试验中，该解决方案也惊人地证明其本身特别地适用于生产由强化塑料材料制成的铰链。此类铰链(例如由纤维强化塑料制成)产生了惊人的良好结果，特别是在长期疲劳强度方面。

根据本发明的构型由于存在缺口而能够产生出一个或多个扭曲区域(即需要经受扭曲的区域)。因此能够在铰链连接中使用显著更刚性的材料和/或更大的材料厚度(强度)。与典型的薄膜铰链相比，铰链部件中主要承受的应变不是挠曲而是扭曲，所述扭曲被分布到一个或多个扭曲区域上。材料及尺寸被优选地如此选定，使得所述扭曲区域在每种特定应变情况下都保持在旋转弹性范围内。总体来考虑，多个扭曲变形的总和允许具有类似于薄膜铰链挠性的铰链能够实现弯曲。

本发明能够实现单件式制造，在单件式制造中，使用与待连接的原本成型部件相同的材料以基本上匀质的方式制造所述铰链，特别是由较刚性的塑料材料进行单件式制造，即，所述塑料材料具有相对较高的弹性模量。这还通过以下方式实现：与传统的薄膜铰链相比，所述铰链连接无需通过局部显著削弱或降低材料厚度来实现。

所述铰链和所述链节(或链段)优选地被整体制造成单件式且由塑料制作而成。然而，由其它材料(如金属片)制成的管线引导装置也是可行的。

在优选的实施例中，所述铰链连接装置与待连接部件由纤维强化塑料制成单件式。这特别对于单件式链节的制造是有利的。因此，尽管所述铰链被集成为单件式(例如用于将横向接片摆动打开)，仍能够将非常刚性或稳定的链节用于高负载，例如用于如下能量引导链条，该能量引导链条承受大的拉力或者需要大的链长。另外，也能够制造出用于更大链宽的稳定链节。

如果所述缺口能形成规则的格栅(即各缺口都基于一致的基本形状)，那么就能实现机械上有利的性能。优选地，所述基本形状是长形，特别地是矩形、椭圆形或缝隙状，并且适应具有如下主延伸范围，该主延伸范围相对于单件式铰链的连接方向呈横向。

在优选的实施例中，所述缺口形成连贯的穿通孔，即，所述缺口贯穿待连接区域之间的材料的整个厚度。

所述缺口也能够不是连续贯穿(或没有完全贯穿)所述材料，例如所述缺口能够实施成长形盲孔。这能够是有利的，例如为了使所述铰链构型更能够抵抗不期望的负载(例如抵抗拉伸负载或者侧向偏转)。然而，对于未能连续延伸贯穿所述材料的缺口，应挖空所述材料厚度的主要份额(>50％)，该类缺口也可通过注射成型方法来轻易地制造。

所述铰链的良好挠性通过多个平行缺口行列(优选地至少三个平行缺口行列)实现，所述平行缺口行列在连接方向上以错位关系设置。在该情形中，每个缺口行列具有至少一个缺口。如果所述缺口行列相对彼此交替且规律地错位，那么就能实现有利的应力负载分布。特别优选的是，所述错位相对于连接方向呈横向且大致是一个全缺口的主延伸范围的一半，所述全缺口是指相应于基本形状的(而并非横向敞开的)缺口。

如果每个缺口行列中的缺口的主延伸范围的总和处于该铰链在相应缺口行列的高度上的总宽度的65％至95％范围内，则即使应用特别刚性的塑料材料也能实现在铰链的负载能力与适宜的铰链挠性(或者说可弯曲性)之间适当的折中方案。特别优选地，因单个缺口而导致材料总横向尺寸削弱的部分，总计处于铰链在该缺口高度上的总宽度的80％至90％之间。

在单件式铰链的格栅状构造中，一个或多个连接接片被分别设置在所述缺口之间或横向地设置在所述缺口的旁边，所述连接接片将铰链的扭曲区域相互连接或将扭曲区域与待连接部件连接。

在具有多个缺口行列的优选构型中，在两个缺口行列之间分别设置有至少两个连接接片。

在所述扭曲区之间的连接接片的材料厚度可以大于或等于该连接接片的宽度。因此基本上避免了连接接片区域中的弯曲。

所述缺口行列之间的连接接片总计宽度优选地在各种情况下都是大致恒定的，由此能够使相对彼此设置成行列的扭曲区域实现均匀的扭曲负载。与上文提及在缺口行列的高度上的整体材料削弱相似，连接接片在该高度上的总计宽度优选地大致处于铰链在该高度上的总宽度的5％至40％之间、且优选处于7.5％至20％之间的范围内。所述连接接片的最小宽度确保了一定程度的刚性，以防止铰链绕着连接方向扭转。

所述扭曲区域能够基本上适合于扭曲负载的任何构型。然而，优选地所述扭曲区域分别构造成扭杆类型，特别是具有四边形横截面或多边形横截面，其中，所述扭杆在连接方向上的尺寸优选地不大于该扭杆的材料厚度。通过这种方式，即使应用刚性的塑料材料，也能够(特别是以注射成型方法)制造出具有高疲劳强度的扭曲区域。

根据本发明的单件式铰链的构型能够实现如下实施方式：在该实施方式中，铰链(包括扭曲区域及连接接片)的材料厚度始终基本上大小相同。在该情形中，特别地，所述材料厚度可基本上等于待连接部件的连接区域中的材料厚度。由此避免了由于使用膜铰链或膜接头而通常会产生的、关于壁厚方面的材料削弱问题。然而，所述铰链仍能够整体被制造成具有比待连接部件要薄的壁厚度，同时确保了扭曲构成主负载。

上述优选实施例的特征同样也适用于根据权利要求13所述的链节或者权利要求14所述的单件式管线引导装置。

对于具有用于将横向接片摆动打开的单件式摆动铰链的链节，当然会希望该铰链元件绕着连接轴线不会发生抗扭曲。具有横向接片的能量引导链条(该横向接片能够绕着该能量引导链条的纵轴线轻易发生扭曲)能够借助一种穿过内腔拉动的专门工具被更容易地打开。因此对于该种情况有利的是：所述铰链具有至少三个平行的、在连接方向上错位的缺口行列，所述缺口行列分别具有至少一个缺口，然而两个缺口行列之间的扭曲区域的连接具有仅一个连接接片，用以能够可控地允许连接接片中的扭曲或扭转。

本发明也涉及到一种铰链带，该铰链带用于将管线引导装置的至少两个链接或链段相连接，所述管线引导装置的特征在于根据本发明的至少一个单件式铰链。上述的优选特征同样也适用于根据权利要求15所述的铰链带。这种铰链带适用于如根据WO 00/41284A1的能量引导链条，其中，铰链带与单个链节是被分开制造的。即使在单件式铰链带的情形中(特别是由塑料制成的单件式铰链带)，仍希望能够使用具有如下弹性模量的刚性材料：该弹性模量明显高于铰链带的期望挠性。然而通常地，为了增加这类铰链带以及与其相关的单件式制造的管线引导装置的使用寿命，有利地在制造中使用非强化塑料。

附图说明

以下将单纯地以优选的实施例为例子，解释本发明的进一步细节、优势以及特征，附图中：

图1A-D：示出制造成单件式的链节，所述链节用于能量引导链条，该能量引导链条具有根据本发明的铰链，该铰链用于使横向接片实现摆动打开，图1A-1B示出处于闭合状态的链节，图1C-1D示出打开状态下的链节。

图2：示出单件式铰链的原理图，该单件式铰链特别是用于图1A-1D所示链节，

图3：示出根据本发明单件式铰链的进一步实施例的原理图，

图4：示出被完全制造成单件式的管线引导装置的一部分的示意性立体图，在该管线引导装置的单个链段之间具有根据本发明的铰链，及

图5：示出挠性铰链带的俯视图，该挠性铰链带特别是适用于连接管线引导装置的链节或链段。

具体实施方式

图1A-1D示出单个链节10的实施例。链节10整个被制造成单件式注射成型件(即完全由塑料制成的单件)，特别是通过注射成型方法。链节10基本上包含：两个侧部件11、12，一个第一横向接片13，及一个第二横向接片14。以本身已知的方式，第一横向接片13形成了所述侧部件之间的刚性连接，所述侧部件在能量引导链条的纵向方向上平行地延伸。第二横向接片14的一端被可摆动地支承在侧部件11上，另一端则通过本身已知的合适闭锁装置与对置的侧部件12可闭锁地连接。因此，第二横向接片14可从图1A示出的闭合状态过渡成图1C示出的打开状态，以便能够从外部进入到内部空间，例如用于替换或插入管线。

多个链节10通过摆动销以及合适的接收部16以铰链方式连接，用以形成能量引导链条(图中未示出)。在该种情况中，侧部件11、12具有侧夹板的功能。关于链节在侧部件11、12及第一横向接片13的构型本身已被熟知(例如由DE 4313075A1或者WO 00/63586A1公知)，因此在此处不再详述。

然而，根据本发明的链节10由于完全单件式制造而与那些已知的链节有所区别，即，上述两个侧部件11、12、横向接片13及另一横向接片14均由一个件制成。

此外，区别以及重要优势还在于：可应用实现单件式制造的塑料材料。由于第二横向接片14上的摆动铰链的几何结构(将在下文详述)，因此使用特别刚性的强化塑胶(特别是纤维强化塑料)成为可能。

根据本发明，特殊摆动铰链20被设置用于能够将第二横向接片14摆动打开。第二横向接片14通过摆动铰链20连接至侧部件11以形成单件式。因此，上述两个侧部件11、12、上述两个横向接片13、14以及摆动铰链20整体由强化纤维塑料制造成单件式。

依据图2的示意性原理图进一步说明摆动铰链20的几何结构和操作模式。图2示出了处于相应图1D的未变形、未弯曲状态下的摆动铰链20。摆动铰链20在待连接部件(如图1A-1D示出的侧部件11及第二横向接片14)之间的连接方向L上延伸。

在图2示出的平面配置中，单件式摆动铰链20整体具有类似于格栅或晶格(英文为lattice)的结构。在这种情况中，在摆动铰链20中设有多个具有规则图案的材料缺口22、23(以下简称为缺口)。优选地，缺口22、23已经在注射成型过程中通过制造缺口而制成，但所述缺口22、23也能由后续加工而制成。

在图2的图例中，缺口22、23具有大致矩形的轮廓，但所述缺口22、23也可以实施成长孔形、椭圆形或类似形状。优选地，缺口22、23实施成长形并具有与假想摆动轴线A(图2中以虚线示出)平行的主延伸范围，所述主延伸范围是在连接方向L上的宽度的数倍。优选地，长形缺口22、23的主延伸范围垂直于连接方向L。

从图2中可以进一步看出，缺口22、23大致平行地排成行列，即，缺口22、23被设置为缺口行列。具有(至少一个)内置缺口22的行列与具有两个侧向敞开缺口23的行列在连接方向L上交替。缺口23相对于缺口22横向地(优选地垂直于连接方向L)错位，用以在剩余材料中产生格栅结构。

因此，通过以格栅方式错位的缺口22、23的结构，或者说通过在相互横向的两个方向(参见L及A)上的错位，生成了在单件式铰链20中具有多个扭曲区域的格栅状结构。两个这样的扭曲区域24在图2及图1B中单纯地通过例子以虚线标明。一旦发生摆动运动(该摆动运动在整体上导致了摆动铰链20绕着假想摆动轴线A变弯或弯曲)，则所有扭曲区域24就其本身被要求主要经受扭曲而不是弯曲。因此，即使采用刚性材料(或者说具有较高弹性模量)，摆动铰链20仍能实现合适的挠性及良好的疲劳强度。根据材料来设定尺寸，特别是设定扭曲区域24在相对于连接方向L横向的方向上合适的纵向延伸范围。

沿着连接方向L以及与该连接方向L垂直地交替错位的缺口22、23形成了穿通孔，所述穿通孔形成了类似于扭杆构型的剩余扭曲区域24。在图2示出的例子中，在相对于连接方向L呈横向的方向上，缺口22、23之间的错位大致是垂直于连接方向L的缺口22、23的长度的一半。扭曲区域24的有效可扭曲长度进而挠性能够通过在大小方面选定的错位或偏移来调整，所述错位或偏移相对于连接方向L呈横向。在较宽的铰链的情形中(参见图5)，例如也能够采用1/3错位或1/4错位，代替于图示的1/2错位。

根据图2的实施例，在缺口22、23行列之间及其高度上，交替地设有正好一个连接接片25或两个连接接片26。相邻的扭曲区域24之间的单个连接接片25允许了绕着纵向方向L能够实现一定程度的扭转进而实现侧向地偏转(以双箭头S示出，即，绕着垂直于图2绘图平面的轴线)。对于图1A-1D示出的链节，这种另外的自由度是有利的，用以能在一个工作步骤中借助所谓的开口辅助将多个横向接片14摆动打开，而不损害铰链20。

优选地，两个连接接片26的总宽度大致等于单个连接接片25的宽度，或，连接接片25、26的横向总宽度在连接方向L上大致是恒定的，从而使扭曲区域24实现均匀分布扭曲。另一方面，呈扭杆形式的扭曲区域24优选地具有如下沿连接方向L的尺寸：所述沿连接方向L的尺寸最多不会比其材料厚度(垂直于图2平面所测得的厚度)大很多，特别优选的是，所述沿连接方向L的尺寸等于或小于材料厚度。因此能够制造出呈杆形状或四方形的、特别是可良好地扭曲或可旋转弹性变形的扭曲区域24。

由图1D能最清楚地看出，优选地在单件式摆动铰链20的尺寸上的材料厚度是连续恒定的，并且例如能够将该材料厚度选择成与可摆动打开的横向接片14的材料厚度一致或基本上具有相同大小。在垂直于连接方向L的方向上考虑，为了使摆动铰链20能够实现良好地弯曲，优选地如此选定连接接片25或26的其余宽度，使得该其余宽度最多是摆动铰链20的总宽度的20％、在特别抗弯材料的情形中最多是10％(在沿着连接方向L的高度上考虑)。具有图1A-1D或图2分别所示结构的铰链20的可弯曲性和长期疲劳强度在测试中都表现得惊人地良好，这在一些情况下能够归因于注射成型过程中的流程特征以及归因于最终形成的纤维定向。

图3示出根据本发明的单件式铰链30的另一实施例，所述单件式铰链30同样能够实施成绕着假想摆动轴线A挠曲的摆动铰链类型。铰链30也可用于以下使用情况：希望在连接方向L上有较大横向弯曲或偏转S(注：修正上述相应扭曲)(在图3所示的平面中)或者一定程度地伸展或压缩。

在图3中，单件式铰链30的可变形区域设有蜿蜒的格栅结构。在这种情形中，朝向一侧敞开的缺口32与朝向另一侧敞开的缺口33交替布置。相应地，在各扭曲区域34之间仅设置正好一个连接接片35。与图2示出的铰链20相比，该单件铰链30在所有方向上都能提供更大的挠性。因此，对于不期望的变形而言整体具有更小的耐抗性。

与图2的铰链20相似，在图3铰链30的情形中，通过分别设置的至少三个平行的、在连接方向L上错位的缺口行列22、23或32、33，即使应用特别刚性的材料(例如纤维强化塑料)，也能确保绕着假想摆动轴线A实现足够良好的可弯曲性。在图3所示铰链30的情形中，缺口32、33的主延伸范围也优选地处于铰链30总宽度的80％至90％范围内。

图4示出根据本发明的摆动铰链40的用途，所述用途指的是以铰链形式可折弯地连接管线导引装置4的单个相邻链段45。管线导引装置4整体按区段地或者完全地制成单件式，其中，每个链段45以箱状形式具有平行的侧部件411、412以及将这些侧部件连接的横向接片413、414。

管线导引装置4能够依据摆动铰链40由特别是刚性的塑料制作而成。在底部区域中(转向弧内部)，摆动铰链40将两个相邻链段45的横向接片414连接成单件式。摆动铰链40在分离间隙47的高度上居中地设置。能在整个周缘上延伸的分离间隙47分别形成了两个相邻链段45之间的交接口。

单个摆动铰链40的构型分别是一致的。所述构型符合规则格栅结构的原理，所述规则格栅结构具有以1/2错位方式交替设置的长形缺口42、43，类似于图2。摆动铰链40可摆动地连接各个相邻链段45，使得所述链段45能绕着假想摆动轴线(图中未示出更多细节)相对彼此地摆动或弯折，从而允许了可移位的转向弧。为了实现更好的可摆动性，在摆动铰链40与分离间隙47之间设有各一横向间隙48

然而与图2不同的是，在图4示出的摆动铰链40中，扭曲区域40总是被至少两个连接接片46连接。因此能够避免了绕着管线引导装置4的连接方向或纵向方向发生的侧向偏转或扭曲。

因此，按图4原理操作的摆动铰链40能被用于改良制造成单件式的管线引导装置(例如由WO 2005/040659所公知)。

图5示出了挠性铰链带5，所述挠性铰链带5(其原则上能够独立于上述例子而使用)用于以铰链的方式连接部件。这种铰链带5(例如由纤维强化塑料或金属片制成)特别是可用于改良所谓的带链(Bandkette)，所述带链的单个链节通过铰链带5相互连接，用以构成挠性的可弯曲的能量引导链条。为该目的，所述铰链带具有单件式摆动铰链50，所述单件式摆动铰链50例如是根据图4所示原理设计。无材料缺口的实心铰链带区段59被设置在这些摆动铰链50之间。可替换的是，在本发明的框架内设置如下铰链带，该铰链带具有包括规则图案的缺口。

附图标记列表

图1A-1C：

10 链节

11,12 侧部件

13 第一横向接片

14 第二横向接片

15 摆动销

16 接收部

20 摆动铰链

24 扭曲区域(范例)

图2：

20 摆动铰链

22、23 缺口

24 扭曲区域(范例)

25 连接接片

A 摆动轴线

L 连接方向

S 偏转

图3：

30 摆动铰链

32,33 缺口

34 扭曲区域(范例)

35 连接接片

A 摆动轴线

L 连接方向

S 偏转

图4：

4 管线引导装置

40 摆动铰链

411,412 侧部件

413,414 横向接片

42,43 缺口

44 扭曲区域

45 链段

46 连接接片

47 分离间隙

48 横向间隙

图5：

5 铰链带

50 摆动铰链

52,53 缺口

54 扭曲区域

59 铰链带区段