CH673320A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft einen freipositionierbaren pneumatischen Linearantrieb mit einem Zylinder und einem Zylinderkolben.

Pneumatische Linearantriebe bzw. Pneumatikzylinder sind bekannt und dienen als Antriebs-, Führungs- und Positioniersysteme. Verwendet werden sie beispielsweise in Handhabungseinrichtungen in der Fertigungstechnik, wo es erforderlich ist, dass der Arm der Handhabungseinrichtung bis zu bestimmten Positionen ausgefahren und wieder eingefahren werden kann. Hier kommt es auf eine hohe Positio-nier-Geschwindigkeit und auf Positionier-Genauigkeit an.

Eine positionierbare pneumatische Achse besteht neben s dem pneumatischen Linearantrieb aus einem Servoventil, welches durch Leitungen an einen Kompressor oder einen Druckspeicher angeschlossen ist, sowie aus einer Positions-Abtasteinrichtung und einem Rechner. Der Rechner fragt über die Abtasteinrichtung die Ist-Position des Pneumatikan-lo triebes ab und vergleicht diese mit einem vorgegebenen Soll-Wert. Weicht die Ist-Position von der Soll-Position ab, wird das Servoventil solange angesteuert, bis der Ist-Wert innerhalb einer zulässigen Toleranz zum Soll-Wert liegt. Der Rechner kann Programmiert werden, d. h. es können bei-15 spielsweise über eine Tastatur die gewünschten Soll-Werte eingegeben werden. Der Rechner kann aber auch mit einer übergeordneten Steuerung verbunden sein. Beim Servoventil handelt es sich um ein verstellbares Mehrwegeventil, mittels welchem wahlweise entweder die eine oder die andere Seite 20 des Druckraumes des Pneumatikzylinders mit Druckluft beaufschlagt wird und so der im Zylinder befindliche Kolben hin- und herbewegt wird, bzw. durch gleichmässigen Druck auf beiden Seiten in seiner Position gehalten wird.

Nachteilig bei den bisherigen Pneumatikzylindern, bzw. 25 pneumatischen Linearantrieben ist, dass, bedingt durch das nicht genau genug arbeitende System von Druck und Gegendruck, das Anfahren einer gewünschten Position nur innerhalb einer grösseren Toleranz möglich ist. Zudem ist, nicht zuletzt durch die Kompressibilität der Druckluft, das unver-30 rückbare Einhalten der Position sobald der Linearantrieb Krafteinwirkungen von aussen ausgesetzt ist, wie dies beispielsweise bei den eingangs erwähnten Handhabungseinrichtungen der Fall ist, nicht möglich.

Aufgrund der beschriebenen Nachteile, können in 35 manchen Anwendungsbereichen pneumatische Linerarantriebe nicht eingesetzt werden. Es muss dann beispielsweise auf mit einer Gewindespindel arbeitende elektrische Linearantriebe ausgewichen werden. Diese entsprechen zwar den Anforderungen der Positionier-Genauigkeit und des starren 40 Einhalten der jeweiligen Halteposition, sie sind jedoch meist teurer als pneumatische Linearantriebe und haben den entscheidenden Nachteil, dass die Positionier-Geschwindigkeit viel zu klein ist, was sich insbesondere bei grösseren Hublängen stark nachteilig auswirkt.

45 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen freipositionierbaren pneumatischen Linearantrieb zu schaffen, welcher den gewünschten Anforderungen Positionier-Geschwindigkeit, Positionier-Genauigkeit und starres Einhalten der jeweiligen Halteposition genügt.

so Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der erf indungsgemässe Linearantrieb weist nicht nur die den pneumatischen Antrieben eigene hohe Positionier-Geschwindigkeit auf, sondern gewährleistet durch die als 55 Bremse dienenden Formkeile sowohl eine grössere Positio-nier-Genauigkeit als auch ein absolut starres Einhalten der gewünschten Halteposition. Selbst durch harte Schläge oder Stösse ist der Antrieb nicht aus seiner Halteposition zu bringen.

60 Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch den pneumatischen Linearantrieb,

65 Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Formkeiles in seinen beiden Kippstellungen,

Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 1 und

Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.

Aus der Fig. 1 ist der Zylinderkörper 1 ersichtlich, mit dem darin koaxial angeordneten Zylinderkolben 2. Zwischen dem Kolben 2 und der Innenwand des Zylinderkörpers 1 ist kranzförmig eine Mehrzahl von Formkeilen 3 angeordnet.

In Fig. 2 ist ein Formkeil 3 in seinen beiden Kippstellungen, nämlich in seiner Klemmstellung und in seiner Freigabestellung, dargestellt. Jeder Formkeil ist so geformt, dass seine Höhe nach der Linie a-a (Klemmstellung) grösser ist, als seine Höhe nach der Linie b-b (Freigabestellung). Durch Kippen der Formkeile 3 können also die Innenwand des Zylinderkörpers 1 und der Kolben 2 entweder aneinander festgeklemmt werden, so dass eine Längsbewegung des Kolbens 2 in der betreffenden Richtung unmöglich ist, oder freigegeben werden. Es sind zwei Formkeil-Kränze vorhanden, je einer zum Arretieren in einer Längsrichtung.

In Fig. 3 ist der im Zylinder 1 befindliche Kolben 2 gezeigt. Die beiden je einem Formkeil-Kranz zugeordneten Regelventile 5a bzw. 5b befinden sich eigentlich im Kolben 2, sind aber der besseren Übersichtlichkeit wegen separat dargestellt, die gestrichelten Leitungen 7a, 8a bzw. 9b, 10b sowie 11 und 12 sind also als Bohrungen im Kolben 2 zu verstehen. Mit 6 ist ein Servoventil bezeichnet, welches ein 4/3-Wege-Ventil ist, d. h. es verfügt über 4 Leitungsanschlüsse und kann in drei verschiedene Stellungen geschaltet werden. Das Servoventil 6 ist über Leitungen mit einem Kompressor oder mit einem Druckspeicher verbunden.

Soll der Kolben 2 z. B. nach rechts bewegt werden, wird das Servoventil 6 so geschaltet, dass die Leitung 7a mit Druckluft beaufschlagt wird. Die Druckluft gelangt in das Regelventil 5a, wo es den Ventilteller 13 entgegen der Kraft einer Feder nach oben drückt und über die Leitung 7b in den Rücken eines Druckringes 14 geführt wird. Der Druckring 14 befindet sich in einer Umfangsnut des Kolbens 2 und steht in Berührung mit den in entsprechenden Ausformungen befindlichen Formkeilen 3 des ihm zugeordneten Formkeil-Kranzes. Der Druckring 14 ist um ein geringes Mass in Kolbenachsrichtung verschiebbar. Infolge der durch die Leitung 7b ankommenden Druckluft wird der Druckring 14 in Richtung der Formkeile 3 verschoben, wodurch diese Formkeile 3 von ihrer Klemmstellung in die Freigabestellung gekippt werden. Durch das Verschieben des Druckringes 14 wird gleichzeitig der Anschluss der Leitung 7c frei, wodurch die Druckluft ihren Weg bis zum linken Raumteil 15 des Zylinder-Druckraumes fortsetzen kann, den sie nach passieren eines Druckventils 16 erreicht. Durch den im Raumteil 15 des Zylinder-Druckraumes ansteigenden Druck wird der Kolben 2 nach rechts gedrückt, was ungehindert geschehen kann, da die dem Druckring 14 zugeordneten Formkeile in ihrer Freigabestellung sind. Die im rechten Raumteil 17 des Zylinder-Druckraumes befindliche Luft, kann durch die Leitungen 10a, 10b und 8a (Fig. 4) entweichen und über das Servoventil 6 dem Druckluft-System zurückgeführt werden. Ist die gewünschte Position des Kolbens 2 erreicht, wird mittels dem Servoventil 6 die Druckluftzufuhr unterbrochen, worauf sich der Druckring 14 sofort durch die Kraft von Druckfedern 18 in seine ursprüngliche Stellung zurück verschiebt. Die ihm zugeordneten Formkeile 3 kippen dabei augenblicklich in ihre Sperrstellung und halten den Kolben 2 an.

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Die im Rücken des Druckrings 14 noch befindliche Luft kann durch die Leitung 11 und das Regelventil 5a nach aussen entweichen.

Die Druckfedern 18 sind zwischen dem Druckring 14 und einem zweiten gleichartigen Druckring 19 angeordnet, welcher dem zweiten Formkeil-Kranz zugeordnet ist, der für die Arretierung des Kolbens 2 in der Gegenrichtung sorgt. In der mittleren Stellung des Servoventiles 6, in welcher keine Druckluftzufuhr erfolgt, werden also die beiden Druckringe 14 und 19 durch die Druckfedern 18 voneinander weggedrückt, wodurch sich beide Formkeil-Kränze in ihrer Klemmstellung befinden.

Mittels jedem Formkeil 3 zugeordneten Federn 20 wird sichergestellt, dass die Formkeile 3 selbst in ihrer Freigabestellung stets in leichtem Kontakt mit der Innenwand des Zylinderkörpers 1 bleiben. Hierdurch ergibt sich beim Zurückweichen des Druckringes 14 bzw. 19 eine sofortige Klemmwirkung und damit eine rasche Reaktion auf den Steuerungsbefehl den Kolben 2 anzuhalten, was eine hohe Positionier-Genauigkeit des Linearantriebes gewährleistet.

Mittels der dritten Schaltstellung des Servoventiles 6 wird der Kolben 2 in gleicher Weise wie vorgehend beschrieben durch Zuführen von Druckluft über die Leitungen 8a und 8b, worauf der Druckring 19 die ihm zugeordnete Formkeile 3 in Freigabestellung drückt, und über die Leitung 8c, welche in den rechten Raumteil 17 des Zylinder-Druckraumes führt, nach links verschoben. Die im linken Raumteil 15 des Zylinder-Druckraumes befindliche Luft kann dabei über die Leitungen 9a, 9b und 7a entweichen.

Die vorgehend beschriebene Ausführung ist sowohl für Pneumatikzylinder mit Kolbenstange als auch für kolbenstangenlose Pneumatikzylinder geeignet. Bei einem kolbenstangenlosen Zylinder wäre ein in Längsrichtung an der Aus-senwand des Zylinderkörpers verfahrbarer Schlitten vorzusehen, welcher durch einen mit entsprechenden Abdichtungen versehener Längsschlitz im Zylinderkörper mit dem Zylinderkolben in Verbindung steht.

In einem Linearantrieb mit einem Pneumatikzylinder mit Kolbenstange, können die Formkeile 3, anstatt wie im Ausführungsbeispiel beschrieben direkt am Zylinderkolben 2, an der Austrittsöffnung der Kolbenstange aus dem Zylinder angeordnet sein und dort in ihrer Arretierstellung die Kolbenstange und damit indirekt den Zylinderkolben festklemmen.

In einem Linearantrieb bei welchem der Zylinderkolben 2 mit einem aussen auf dem Zylinderkörper 1 längsverfahr-baren Schlitten verbunden ist, können die Formkeile 3 am Schlitten angeordnet sein und dort in ihrer Arretierstellung den Schlitten an der Zylinderaussenwand festklemmen, wodurch der mit dem Schlitten in Verbindung stehende Zylinderkolben 2 indirekt arretiert wird.

Anstatt wie in Fig. 1 dargestellt sieben Formkeile 3 je Formkeil-Kranz, können auch mehr oder weniger Formkeile 3 vorgesehen werden.

Sowohl die Innenwand des Zylinderkörpers 1 als auch die Formkeile 3 bestehen vorteilhaft aus gehärtetem Stahl.

Bei der Druckluft handelt es sich vorzugsweise um gefilterte, geölte Druckluft.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

673320 PATENTANSPRÜCHE

1. Freipositionierbarer pneumatischer Linearantrieb mit einem Zylinder und einem Zylinderkolben, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkolben (2) entweder direkt oder indirekt in beliebiger Linearstellung starr arretierbar ist, mittels einer Mehrzahl in ihrer Kippstellung steuerbarer Form-keile (3).

2. Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkeile (3) in einer Ausformung am Zylinderkolben (2) angeordnet sind und in ihrer Arretierstellung den Kolben an der Zylinderinnenwand festklemmen.

3. Linearantrieb nach Anspruch 1, wobei der Zylinderkolben mit einer Kolbenstange verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkeile (3) an der Austrittsöffnung der Kolbenstange aus dem Zylinder angeordnet sind und dort in ihrer Arretierstellung die Kolbenstange und damit indirekt den Zylinderkolben festklemmen.

4. Linearantrieb nach Anspruch 1, wobei der Zylinderkolben (2) mit einem aussen auf dem Zylinderkörper längs-verfahrbaren Schlitten verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkeile (3) am Schlitten angeordnet sind und dort in ihrer Arretierstellung den Schlitten an der Zylinderaussenwand festklemmen, wodurch der mit dem Schlitten in Verbindung stehende Zylinderkolben (2) indirekt arretiert ist.

5. Linearantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zur Zylinderkolben-Längsachse zwei Formkeil-Kränze vorhanden sind, wobei jeder Formkeil-Kranz für das Arretieren des Zylinderkolbens (2) in einer Längsrichtung zuständig ist.

6. Linearantrieb nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass je Formkeil-Kranz ein Druckring (14, 19) vorhanden ist, welcher in Kolbenachsrichtung verschiebbar ist und mit den Formkeilen (3) in Berührung steht, so dass bei dessen Verschieben die Formkeile (3) in ihre Freigabestellung gekippt werden.

7. Linearantrieb nach den Ansprüchen 2,5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Druckringen (14, 19) eine Mehrzahl von Druckfedern (18) vorgesehen ist^die die beiden Druckringe voneinander wegdrücken, und damit die Formkeile (3) in ihrer Arretierstellung halten.

8. Linearantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Druckring (14,19) durch Druckluft entgegen der Kraft der Druckfedern (18) in Kolbenachsrichtung verschiebbar ist, wodurch die ihm zugeordneten Formkeile (3) in ihre Freigabestellung gekippt werden.

9. Linearantrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Formkeil (3) durch Federn (20) selbst in seiner Freigabestellung stets in leichtem Kontakt mit der Innenwand des Zylinders (1) gehalten wird.

10. Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftverteilung über ein Servoventil erfolgt, welches ein 4/3-Wege-Ventil ist, d. h. es verfügt über 4 Leitungsanschlüsse und kann in drei verschiedene Stellungen geschaltet werden.