CH635265A5

CH635265A5 - Motion unit for manipulating appliances

Info

Publication number: CH635265A5
Application number: CH171879A
Authority: CH
Inventors: Fritz Schaer
Original assignee: Meyer Maschinenfabrik Ag
Priority date: 1979-02-21
Filing date: 1979-02-21
Publication date: 1983-03-31
Also published as: DE2913701C2; DE2913701A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bewegungseinheit für Handhabungsgeräte mit zwei zueinander längsverschiebbaren oder gegeneinander verdrehbaren Teilen, welche Teile mittels mindestens einer aus Kolben und Zylinder bestehenden Antriebseinheit relativ zueinander bewegbar sind, und denen mindestens für eine Bewegungsrichtung eine Endlagendämpfungseinrichtung zugeordnet ist. The invention relates to a movement unit for handling devices with two mutually longitudinally displaceable or mutually rotatable parts, which parts can be moved relative to one another by means of at least one drive unit consisting of piston and cylinder, and to which an end position damping device is assigned at least for one direction of movement.

Im Zuge zunehmender Rationalisierung der Arbeitswelt werden in vermehrtem Masse Handhabungsgeräte oder Manipulatoren eingesetzt. Sie dienen zum Aufnehmen, Transportieren und Wiederabgeben von Bearbeitungsstücken oder Montageteilen aus Lagern oder sind bei der Fliessbandfer-tigung im Einsatz. Auch lassen sich mit ihnen Werkzeuge, etwa bei Spritz- oder Schweissarbeiten handhaben. In the course of increasing rationalization of the working world, handling devices or manipulators are being used to an increasing extent. They are used for picking up, transporting and returning workpieces or assembly parts from storage or are used in assembly line production. They can also be used to handle tools, for example for spraying or welding work.

Derartige Handhabungsgeräte bestehen in der Regel aus Linear- und/oder Dreheinheiten, die - mit entsprechenden Greifvorrichtungen versehen - in verschiedenen Bewegungsachsen voneinander unabhängige Bewegungen ausführen können. Die einzelnen Bewegungseinheiten sind mit einstellbaren Endanschlägen versehen, denen jeweils Dämpfungseinrichtungen zugeordnet sind. Handling devices of this type generally consist of linear and / or rotary units which - provided with corresponding gripping devices - can carry out independent movements in different axes of movement. The individual movement units are provided with adjustable end stops, to which damping devices are assigned.

In der CH-PS 572 383 ist ein derartiges Handhabungsgerät beschrieben und dargestellt. Die Linear-Bewegungsein-heit ist mit einer Endlagendämpfungseinrichtung versehen. Diese ist räumlich getrennt von der Kolben/Zylinder-Einheit s angeordnet, Sie besteht aus einem Bolzen, der in einem Flansch eines Befestigungsgliedes verschiebbar ist, dort in den Zu- bzw. Ablaufweg für das Antriebsmedium ragt und beim Auflaufen der Stirnfläche eines Anschlagteiles den Zu-bzw. Abfluss des Antriebsmediums drosselt. Der Anschlag-lo teil ist zur Einstellung der Endlage relativ zur Kolben/Zylinder-Einheit verschiebbar. Such a handling device is described and illustrated in CH-PS 572 383. The linear motion unit is provided with a cushioning device. This is spatially separated from the piston / cylinder unit s, it consists of a bolt that is slidable in a flange of a fastening member, protrudes there into the inlet and outlet path for the drive medium and when the end face of a stop member comes open -respectively. The drive medium drains down. The stop-lo part is displaceable relative to the piston / cylinder unit for setting the end position.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bewegungseinheit für Handhabungsgeräte zu schaffen, die sich durch einfachen und wirtschaftlichen Aufbau der Endlagen-15 dämpfung auszeichnet. The invention has for its object to provide a movement unit for handling devices, which is characterized by simple and economical structure of the end-15 damping.

Diese Aufgabe wird bei einer Bewegungseinheit der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Endlagendämpfungseinrichtung in den Zylinderkopf der Antriebseinheit integriert ist und dass die Zu- bzw. 20 Abfuhr des Antriebsmediums zylinderkopfseitig erfolgt. Die Vorteile des Erfindungsgegenstandes sind insbesondere im folgenden zu sehen: This object is achieved according to the invention in the case of a movement unit of the type mentioned at the outset in that the end position damping device is integrated in the cylinder head of the drive unit and in that the drive medium is supplied or removed on the cylinder head side. The advantages of the subject matter of the invention can be seen in particular in the following:

a) durch die Integration der Dämpfungseinrichtung in den Zylinderkopf wird ein kompakter Aufbau der Be- a) the integration of the damping device in the cylinder head results in a compact structure of the loading

25 wegungseinheit erreicht, 25 movement unit reached,

b) je Dämpfungsvorrichtung entfällt eine Dichtstelle des pneumatischen oder hydraulischen Kreises. b) one sealing point of the pneumatic or hydraulic circuit is omitted for each damping device.

c) die Dämpfungskraft wird unmittelbar dort aufgebaut, wo die Massenträgheitskräfte eingeleitet werden, wodurch c) the damping force is built up directly where the inertial forces are introduced, whereby

30 Verkantungen der relativ zueinander beweglichen Teile ausgeschaltet sind, 30 tilting of the parts that are movable relative to one another are switched off,

d) die Dämpfung ist weitgehend von der zeitlichen Aufeinanderfolge der Lastspiele unabhängig, da die Dämpfungseinrichtung nach jedem Dämpfungsvorgang durch d) the damping is largely independent of the temporal sequence of the load cycles, since the damping device after each damping process

35 das Antriebsmedium selbst gekühlt wird, 35 the drive medium itself is cooled,

e) sowohl Linear- als auch Dreheinheiten lassen sich mit einunddemselben Dämpfungssystem ausrüsten, was neben fertigungstechnischen auch wirtschaftliche Einsparungen ermöglicht. e) Both linear and rotary units can be equipped with one and the same damping system, which in addition to manufacturing technology also enables economic savings.

40 Gemäss einer ersten Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist im Zylinderkopf eine Dämpfungskammer vorgesehen, die zwischen sich und der Zylinderwandung einen Ringspalt freilässt, und in welche Dämpfungskammer das zylinderkopfseitige Ende des Kolbens in der einen Endlage 45 teilweise eintaucht, und dass die Zu- bzw. Abfuhr des Antriebsmediums zumindest teilweise über den genannten Ringspalt erfolgt. Dies ergibt neben einem extrem wirtschaftlichen Aufbau den Vorteil einer optimalen Kühlung der Dämpfungskammer. 40 According to a first development of the subject matter of the invention, a damping chamber is provided in the cylinder head, which leaves an annular gap between itself and the cylinder wall, and into which damping chamber the end of the piston on the cylinder head is partially immersed in one end position 45, and that the supply or discharge of the Drive medium takes place at least partially over the annular gap mentioned. In addition to an extremely economical structure, this gives the advantage of optimal cooling of the damping chamber.

so Zwecks Erzielung einer progressiven Dämpfungskenn-linie ist das zylinderkopfseitige Ende des Kolbens konisch ausgebildet, während die Bohrung in der Dämpfungskammer- dem Kolbenquerschnitt entsprechend-achsparallele Seitenwände aufweist bzw. allenfalls eine geringere Konizität ss als diejenige des genannten Kolbenendes hat. Auf diese Weise verkleinert sich der zwischen Kolben und Bohrung vorhandene Spalt mit zunehmender Eindringtiefe des Kolbens in die Dämpfungskammer. In order to achieve a progressive damping characteristic, the end of the piston on the cylinder head side is conical, while the bore in the damping chamber has side walls parallel to the piston corresponding to the cross-section of the piston or at best has a lower conicity ss than that of the piston end. In this way, the gap between the piston and the bore decreases as the depth of penetration of the piston into the damping chamber.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der 6o Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing of 6o.

In der Zeichnung zeigt: The drawing shows:

Fig. 1 eine Linear-Bewegungseinheit, schematisch in Draufsicht, 1 is a linear movement unit, schematically in plan view,

65 Fig. 2 einen Schnitt durch die Symmetrieachse der Be- ' wegungseinheit gemäss Fig. 1 entlang deren Linie A-A, FIG. 2 shows a section through the axis of symmetry of the movement unit according to FIG. 1 along its line A-A,

Fig. 3 eine mehr ins einzelne gehende Darstellung in ver-grössertem Massstab der Kolben/Zylinderanordnung mit in Fig. 3 is a more detailed representation on an enlarged scale of the piston / cylinder arrangement with in

tegrierter Dämpfungseinrichtung, integrated damping device,

Fig. 4 einen Schnitt durch das zylinderkopfseitige Ende der Kolben/Zylinderanordnung gemäss Fig. 3 entlang deren Linie B-B bei teilweise eingefahrenem Kolben, 4 shows a section through the end of the piston / cylinder arrangement according to FIG. 3 on the cylinder head side along the line B-B thereof with the piston partially retracted,

Fig. 5 eine mehr ins einzelne gehende Darstellung in ver-grössertem Massstab der Kolbenführ- und Schmierkammer der Kolben-Zylinder-Anordnung, 5 is a more detailed representation on an enlarged scale of the piston guide and lubrication chamber of the piston-cylinder arrangement,

Fig. 6 einen Schnitt durch die Kolbenführ- und Schmierkammer gemäss Fig. 5 entlang deren Linie C-C. Fig. 6 shows a section through the piston guide and lubrication chamber according to Fig. 5 along the line C-C.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Linearbewegungs-einheit weist ein Befestigungsglied 1 auf, das beidseitig je mit einer Sitzfläche 2 nebst angedeuteter Verschraubung 3 zum Verbinden mit anderen Bewegungseinheiten versehen ist. Das Befestigungsglied 1 umschliesst zwei parallel verlaufende, in nicht dargestellten Führungshülsen geführte Hohlsäulen 4 und 5. Die Enden der Hohlsäulen sind mittels Flanschen 6 und 7 zusammengefasst. Auf Mitte zwischen den Hohlsäulen 4, 5 sind gemäss Fig. 1 und 2 Antriebseinheiten für die Linearbewegung der Einheit zwei je in einem Zylinder 8 bzw. 9 gemeinsam miteinander bewegliche, als Plunger ausgebildete Kolben 10,11 angeordnet. Beide Kolben 10,11 sind an den Flanschen 6 bzw. 7 lösbar und gegenüber diesen verschiebbar, z.B. mittels einer lediglich angedeuteten Klemmvorrichtung 12 bzw. 13, befestigt, wodurch sich der Linearhub einstellen lässt. The linear movement unit shown schematically in FIG. 1 has a fastening member 1, which is provided on both sides with a seat 2 together with a screw connection 3 for connection to other movement units. The fastening member 1 encloses two parallel hollow columns 4 and 5, which are guided in guide sleeves (not shown). The ends of the hollow columns are combined by means of flanges 6 and 7. 1 and 2 drive units for the linear movement of the unit, two pistons 10, 11 which are movable together in a cylinder 8 or 9 and are designed as plungers, are arranged on the center between the hollow columns 4, 5. Both pistons 10, 11 are detachable on the flanges 6 and 7 and displaceable relative to them, e.g. attached by means of a merely indicated clamping device 12 or 13, whereby the linear stroke can be adjusted.

In der weitgehend schematisierten Schnittdarstellung der Fig. 2 sind die Zylinder 8 bzw. 9 als Bohrungen im Befestigungsteil 1 dargestellt, während in der praktsichen Realisierung der Bewegungseinheit diese Zylinder einschliesslich der Plunger, Dicht-, Führungs- und Dämpfungsteilen als Baueinheit ausgeführt sind, die in das Befestigungsteil eingebaut werden. In the largely schematic sectional view of FIG. 2, the cylinders 8 and 9 are shown as bores in the fastening part 1, while in the practical implementation of the movement unit these cylinders, including the plungers, sealing, guiding and damping parts, are designed as a structural unit, which are designed in the fastening part can be installed.

Jede Kolben/Zylinder-Anordnung weist eine integrierte Dämpfungseinrichtung am zylinderkopfseitigen Ende auf. Diese besteht aus einer becherförmigen, gegen den Kolben hin offenen Dämpfungskammer 14 bzw. 15 mit einem Aus-sendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des sie umgebenden Zylinderteils. Die Dämpfungskammer stützt sich, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, über Distanzelemente 16 auf der Zylinderwand 1' ab. Auf diese Weise entstehen, je nach Ausbildung, Anordnung und Anzahl der Distanzelemente 16 kreisringförmige Ringspalte oder Teilringspalte 17. Das zylinderkopfseitige Ende 10' bzw. 11' der Kolben 10,11 verjüngt sich konisch gegen das Ende hin. Die Innenbohrungen der Dämpfungskammern 14 bzw. 15 weisen - dem Kolbenquerschnitt entsprechend konturiert - achsparallele Seitenwände auf oder verjüngen sich gegen den Kammergrund hin mit geringerer Konizität. Das Antriebsmedium, z.B. Hydraulikflüssigkeit, wird der Kolben/Zylinderanordnung über Bohrungen 18,19, die in einen Zwischenraum 20 bzw. 21 hinter der Dämpfungskammer 14 bzw. 15 münden, durch die Ringspalte 17 zugeführt. Die Kolben 10, 11 sind im Befestigungsteil 1 geführt. Der Zylinderraum ist gegenüber dem Äusseren durch zwei hintereinander geschaltete Dichtelemente 22,23 bzw. 24,25, z.B. in Form von Dichtringen, die in Ringnuten 26 bzw. 27 im Befestigungsteil angeordnet sind, abgedichtet. Beide Ringnuten sind durch eine Mehrzahl von parallel zur Kolbenachse verlaufenden und gegen die Kolbenbohrung offenen Kanälen 28 verbunden (Fig. 6). Each piston / cylinder arrangement has an integrated damping device at the end on the cylinder head side. This consists of a cup-shaped damping chamber 14 or 15, open towards the piston, with an outer diameter smaller than the inner diameter of the cylinder part surrounding it. As can be seen from FIG. 4, the damping chamber is supported on the cylinder wall 1 'via spacer elements 16. In this way, depending on the design, arrangement and number of the spacer elements, 16 annular ring gaps or partial ring gaps 17 arise. The end 10 ′ or 11 ′ of the piston 10, 11 on the cylinder head side tapers conically toward the end. The inner bores of the damping chambers 14 and 15 have - parallel to the piston cross section - axially parallel side walls or taper towards the bottom of the chamber with less conicity. The drive medium, e.g. Hydraulic fluid is supplied to the piston / cylinder arrangement through the annular gaps 17 via bores 18, 19 which open into an intermediate space 20 or 21 behind the damping chamber 14 or 15. The pistons 10, 11 are guided in the fastening part 1. The cylinder chamber is separated from the outside by two sealing elements 22, 23 and 24, 25 connected in series, e.g. sealed in the form of sealing rings which are arranged in ring grooves 26 and 27 in the fastening part. Both ring grooves are connected by a plurality of channels 28 running parallel to the piston axis and open against the piston bore (FIG. 6).

Die Wirkungsweise der in die Kolben/Zylinder-Anord-nung integrierten Dämpfungseinrichtung wird nachstehend anhand der Schnittdarstellung gemäss Fig. 3 näher erläutert. The mode of operation of the damping device integrated in the piston / cylinder arrangement is explained in more detail below with reference to the sectional illustration according to FIG. 3.

Bei Bewegung des Kolbens 10 in Richtung des Pfeils 29 When the piston 10 moves in the direction of the arrow 29

635 265 635 265

wird bei dessen Eintauchen in die Dämpfungskammer 14 das darin befindliche Antriebsmedium, vorzugsweise Hydraulikflüssigkeit verdrängt. Dieses strömt durch den sich im Verlaufe der Kolbenbewegung zunehmend verkleinernden Ringspalt zwischen Kammerwandung und konischem Kolbenende in Richtung der Pfeile 30, 30' in den Zwischenraum 20 hinter der Dämpfungskammer 14 und von dort durch die Bohrung 18 in den äusseren Antriebsmediumkreis (nicht dargestellt). Die Bewegungsenergie des Kolbens und der mit ihm verbundenen Teile wird dabei in Wärme umgesetzt, die teils von dem Antriebsmedium, teils von der Dämpfungskammer, teils vom Kolben, teils von den Zylinderwandungen aufgenommen wird, was sich in Temperaturerhöhungen der genannten Teile äussert. Infolge der Temperaturerhöhung ändern sich die die Dämpfung bestimmenden Parameter der Dämpfungseinrichtung, falls diese Wärme nicht vor dem nächsten Lastspiel abgeführt wird. Das nächste Lastspiel (in Richtung des Pfeils 29') wird durch Beaufschlagen der Kolben/Zylinder-Anordnung eingeleitet. Das am zylinderkopfseitigen Ende um die Dämpfungskammer herum einströmende Antriebsmedium kühlt nun die vorher erwärmten Teile auf eine nur unwesentlich über der Ausgangstemperatur (Raumtemperatur) liegenden Wert ab, so dass beim sich daran anschliessenden Dämpfungsvorgang die gleichen optimalen Verhältnisse vorliegen., the drive medium located therein, preferably hydraulic fluid, is displaced when it is immersed in the damping chamber 14. This flows through the increasingly smaller annular gap between the chamber wall and the conical piston end in the direction of the arrows 30, 30 'into the space 20 behind the damping chamber 14 and from there through the bore 18 into the outer drive medium circuit (not shown). The kinetic energy of the piston and the parts connected to it is converted into heat, which is absorbed partly by the drive medium, partly by the damping chamber, partly by the piston, partly by the cylinder walls, which manifests itself in temperature increases in the parts mentioned. As a result of the temperature increase, the parameters of the damping device which determine the damping change if this heat is not dissipated before the next load cycle. The next load cycle (in the direction of arrow 29 ') is initiated by acting on the piston / cylinder arrangement. The drive medium flowing in around the damping chamber at the end of the cylinder head now cools the previously heated parts to a value that is only slightly above the initial temperature (room temperature), so that the subsequent optimal damping process has the same optimal conditions.

Durch geeignete Bemessung der Dämpfungskammer, der . Eintauchtiefe des Kolbenendes, dessen Konizität lassen sich nahezu beliebige Dämpfungskennlinien einstellen. By appropriate dimensioning of the damping chamber, the. Immersion depth of the piston end, the taper of which can be set to almost any damping characteristic.

Die Funktionsweise der Kolbenführungs- und Dichtungsanordnung gemäss Fig. 5 geht aus folgendem hervor: The functioning of the piston guide and sealing arrangement according to FIG. 5 can be seen from the following:

Bei Bewegungseinheiten bei denen das Antriebsmedium eine Flüssigkeit ist, besteht ein wesentliches Problem in der Abdichtung des Zylinderraumes gegenüber der Aussenwelt. Leckflüssigkeit, die gleichzeitig der Schmierung dient, haftet an dem das Befestigungsteil verlassenden Kolbenende 10" an. Mit der aus zwei hintereinandergeschalteten Dichtringen 22,23 bestehenden Dichtanordnung wird in Verbindung mit den beide Ringnuten 26,27 verbindenden Kanälen 28, die als Leckflüssigkeitssammelräume wirken, die Leckage auf ein Mindestmass verkleinert. Bei der Bewegung des Kolbens 10 in Richtung des Pfeiles 29' wird die zwischen den beiden Dichtungen 22 und 23 am Kolben 10 noch anhaftende Flüssigkeit am Dichtring 23 abgestreift und in den Kanälen 28 gesammelt. Bei der Bewegung des Kolbens 10 in Gegenrichtung (Pfeil 29) wird ein Grossteil der Flüssigkeit in den Kanälen wieder mitgenommen. Es stellt sich im Verlaufe des Betriebes ein quasistationärer Zustand ein, bei dem gerade soviel Flüssigkeit in den Kanälen mitgenommen wird, wie bei Bewegung des Kolbens 10 (in Pfeilrichtung 29') hineingefördert wird. In movement units in which the drive medium is a liquid, a major problem is the sealing of the cylinder space from the outside world. Leakage fluid, which is also used for lubrication, adheres to the piston end 10 "leaving the fastening part. With the sealing arrangement consisting of two sealing rings 22, 23 connected in series, channels 28, which act as leakage fluid collection spaces, in conjunction with the two annular grooves 26, 27, When the piston 10 moves in the direction of the arrow 29 ', the liquid still adhering to the piston 10 between the two seals 22 and 23 is stripped off at the sealing ring 23 and collected in the channels 28. When the piston 10 moves In the opposite direction (arrow 29), a large part of the liquid in the channels is taken back in. During operation, a quasi-steady state occurs, in which just as much liquid is taken along in the channels as when the piston 10 moves (in the direction of arrow 29 ') is promoted.

Die Erfindung wurde vorstehend im Zusammenhang mit Linear-Bewegungseinheiten beschrieben. Sie ist jedoch keinesfalls auf solche beschränkt. Alle zum Stand der Technik zu zählenden Dreh-Bewegungseinheiten, z. B. solche, wie sie aus der eingangs genannten CH-Patentschrift bekannt sind, bedienen sich bei der Erzeugung einer Rotationsbewegung Kolben/Zylinderanordnungen, wobei die Translation eines Kolbens (oder des Zylinders) über Zahnstangen, Seilzüge und dergleichen in Drehbewegungen umgesetzt werden. Dichtungs- und Dämpfungsprobleme lassen sich demgemäss auch bei derartigen Einheiten in der beschriebenen Weise lösen, ohne dass das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip verlassen werden muss. The invention has been described above in connection with linear movement units. However, it is by no means limited to such. All rotary motion units to be counted to the state of the art, e.g. B. such, as are known from the aforementioned CH patent, use piston / cylinder arrangements when generating a rotational movement, the translation of a piston (or the cylinder) being implemented via toothed racks, cable pulls and the like in rotary movements. Sealing and damping problems can accordingly also be solved in the case of such units in the manner described, without having to abandon the principle on which the invention is based.

3 3rd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

S S

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

635 265 PATENT CLAIMS

1. Movement unit for handling devices with two mutually longitudinally displaceable or mutually rotatable parts, which parts can be moved relative to one another by means of at least one drive arrangement consisting of piston and cylinder, and to which an end position damping device is assigned at least for one direction of movement, characterized in that the end position damping device (10 ' , 14; 11 ', 15) is integrated in the cylinder head of the piston / cylinder arrangement (8, 10; 9, 11) and that the drive medium is supplied or removed on the cylinder head side.

2. Movement unit according to claim 1, characterized in that a damping chamber (14; 15) is provided in the cylinder head, which leaves one or more gap (s) (17) between itself and the cylinder wall (1 ') and that the supply or the drive medium is at least partially discharged through the column (s) (17) mentioned.

3. Movement unit according to claim 1 or 2, characterized in that the cylinder head end (10 ', 11') tapers towards this piston end.

4. Movement unit according to claim 2 or 3, characterized in that the damping chamber (14; 15) is cup-shaped and the cylinder head end of the piston (10; 11) is retractable into the cavity of the cup.

5. Movement unit according to claim 4, characterized in that the inner walls of the damping chamber (14, 15) run axially parallel to the piston or narrow towards the chamber base with a smaller conicity than that of the piston end (10 ', 11').

6. Movement unit according to claim 1, characterized in that the piston (10; 11) is assigned a sealing arrangement consisting of two sealing elements (22, 23) connected in series, the sealing elements are arranged in recesses (26, 27) of the piston guide and the Recesses are connected by at least one channel (28) which is connected to the piston bore.

7. Movement unit according to claim 6, characterized in that the channel (28) is designed as a groove extending in the longitudinal direction of the piston.