CH673320A5

CH673320A5 -

Info

Publication number: CH673320A5
Application number: CH3596/87A
Authority: CH
Inventors: Gerhard Hillen
Original assignee: Gerhard Hillen
Priority date: 1987-09-17
Filing date: 1987-09-17
Publication date: 1990-02-28
Also published as: ATE65586T1; EP0309803B1; ES2022968B3; DE3863882D1; EP0309803A1

Abstract

In the pneumatic linear drive with a cylinder (1) and a piston (2), clamping bodies (3) are arranged in two peripheral grooves (2.1). The clamping bodies (3) can be put into a clamping position or into a free-running position by tilting. There are two rings of clamping bodies (3) at the piston which serve to lock the piston (2) in one or the other direction of movement. Allocated to each ring of clamping bodies (3) is a thrust ring (14, 15) which after being acted upon by compressed air tilts the clamping bodies (3) into their free-running position so that the piston (2) in the cylinder (1) can perform a linear movement in the released direction. The locking of the piston by the clamping bodies (3) in any position has the advantage that, in contrast to known linear drives, the entire piston area is available for being acted upon by compressed air. The two rings of clamping bodies (3) are acted upon via a servo-valve (6) and a control valve (5a, 5b) allocated to one ring each. <IMAGE>

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft einen freipositionierbaren pneumatischen Linearantrieb mit einem Zylinder und einem Zylinderkolben. DESCRIPTION The invention relates to a freely positionable pneumatic linear drive with a cylinder and a cylinder piston.

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. Pneumatic linear drives or pneumatic cylinders are known and serve as drive, guidance and positioning systems. They are used, for example, in handling devices in manufacturing technology, where it is necessary that the arm of the handling device can be extended to certain positions and retracted again. Here a high positioning speed and positioning accuracy are important.

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. In addition to the pneumatic linear drive, a positionable pneumatic axis consists of a servo valve, which is connected by lines to a compressor or a pressure accumulator, as well as a position sensing device and a computer. The computer queries the actual position of the pneumatic actuator via the scanning device and compares it with a predetermined target value. If the actual position deviates from the target position, the servo valve is actuated until the actual value is within a permissible tolerance of the target value. The calculator can be programmed, i. H. for example, the desired target values can be entered using a keyboard. The computer can also be connected to a higher-level controller. The servo valve is an adjustable multi-way valve, by means of which either one or the other side 20 of the pressure chamber of the pneumatic cylinder is pressurized with compressed air and the piston in the cylinder is moved back and forth, or by even pressure on both sides is held in position.

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. A disadvantage of the previous pneumatic cylinders or 25 pneumatic linear drives is that, due to the system of pressure and counterpressure not working precisely enough, it is only possible to move to a desired position within a larger tolerance. In addition, not least because of the compressibility of the compressed air, it is impossible to maintain the position as soon as the linear drive is exposed to external forces, as is the case, for example, with the handling devices mentioned at the beginning.

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. Due to the disadvantages described, pneumatic linear drives cannot be used in some areas of application. It then has to be switched to electric linear drives working with a threaded spindle, for example. Although these meet the requirements of positioning accuracy and rigid 40 compliance with the respective stopping position, they are usually more expensive than pneumatic linear drives and have the decisive disadvantage that the positioning speed is much too low, which is particularly disadvantageous with longer stroke lengths affects.

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. 45 The invention has for its object to provide a freely positionable pneumatic linear drive, which meets the desired requirements positioning speed, positioning accuracy and rigid compliance with the respective holding position.

so Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. This object is solved by the characterizing features of patent claim 1.

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. The linear drive according to the invention not only has the high positioning speed inherent in the pneumatic drives, but also ensures greater positioning accuracy as well as an absolutely rigid maintenance of the desired stopping position due to the molded wedges serving as 55 brakes. The drive cannot be brought out of its holding position even by hard blows or impacts.

60 Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes beschrieben. An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is described below with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch den pneumatischen Linearantrieb, 1 shows a section through the pneumatic linear drive,

65 Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Formkeiles in seinen beiden Kippstellungen, 65 FIG. 2 shows a sectional illustration of a molded wedge in its two tilted positions,

Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 1 und Fig. 3 shows a section along the line I-I in Fig. 1 and

Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1. Fig. 4 shows a section along the line II-II in Fig. 1st

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. 1 shows the cylinder body 1 with the cylinder piston 2 arranged coaxially therein. A plurality of shaped wedges 3 is arranged in a ring between the piston 2 and the inner wall of the cylinder body 1.

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. 2 shows a molded wedge 3 in its two tilted positions, namely in its clamped position and in its release position. Each shaped wedge is shaped so that its height along line a-a (clamping position) is greater than its height along line b-b (release position). By tilting the molded wedges 3, the inner wall of the cylinder body 1 and the piston 2 can either be clamped together, so that a longitudinal movement of the piston 2 in the relevant direction is impossible, or can be released. There are two molded wedge rings, one for locking in a longitudinal direction.

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. 3 shows the piston 2 located in the cylinder 1. The two control valves 5a and 5b, each associated with a molded wedge ring, are actually located in the piston 2, but are shown separately for better clarity, the dashed lines 7a, 8a and 9b, 10b and 11 and 12 are therefore bores in the piston 2 to understand. 6 with a servo valve is designated, which is a 4/3-way valve, i. H. it has 4 line connections and can be switched in three different positions. The servo valve 6 is connected via lines to a compressor or to a pressure accumulator.

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. If the piston 2 z. B. are moved to the right, the servo valve 6 is switched so that the line 7a is acted upon by compressed air. The compressed air arrives in the control valve 5a, where it presses the valve disk 13 upward against the force of a spring and is guided into the back of a pressure ring 14 via the line 7b. The pressure ring 14 is located in a circumferential groove of the piston 2 and is in contact with the shaped wedges 3 of the shaped wedge ring assigned to it in corresponding formations. The pressure ring 14 is displaceable by a small amount in the piston axis direction. As a result of the compressed air arriving through line 7b, the pressure ring 14 is displaced in the direction of the shaped wedges 3, as a result of which these shaped wedges 3 are tilted from their clamping position into the release position. By shifting the pressure ring 14, the connection of the line 7c is free at the same time, as a result of which the compressed air can continue to the left part 15 of the cylinder pressure chamber, which it reaches after passing a pressure valve 16. The piston 2 is pushed to the right by the pressure rising in the space part 15 of the cylinder pressure space, which can happen unhindered since the molded wedges assigned to the pressure ring 14 are in their release position. The air in the right-hand part 17 of the cylinder pressure chamber can escape through lines 10a, 10b and 8a (FIG. 4) and be returned to the compressed air system via servo valve 6. When the desired position of the piston 2 has been reached, the compressed air supply is interrupted by means of the servo valve 6, whereupon the pressure ring 14 immediately shifts back into its original position by the force of compression springs 18. The molded wedges 3 assigned to it immediately tilt into their locked position and stop the piston 2.

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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. The air still in the back of the pressure ring 14 can escape to the outside through the line 11 and the control valve 5a.

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. The compression springs 18 are arranged between the pressure ring 14 and a second pressure ring 19 of the same type, which is assigned to the second molded wedge ring, which ensures that the piston 2 is locked in the opposite direction. In the middle position of the servo valve 6, in which there is no supply of compressed air, the two pressure rings 14 and 19 are pressed away from one another by the compression springs 18, as a result of which both molded wedge rings are in their clamping position.

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. Springs 20 assigned to each molded wedge 3 ensure that the molded wedges 3 always remain in slight contact with the inner wall of the cylinder body 1 even in their release position. This results in an immediate clamping effect when the pressure ring 14 or 19 retreats and thus a quick reaction to the control command to stop the piston 2, which ensures a high positioning accuracy of the linear drive.

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. By means of the third switching position of the servo valve 6, the piston 2 is in the same way as described above by supplying compressed air via the lines 8a and 8b, whereupon the pressure ring 19 presses the molded wedges 3 assigned to it into the release position and via the line 8c, which in the right part 17 of the cylinder pressure chamber leads, shifted to the left. The air located in the left part 15 of the cylinder pressure chamber can escape via the lines 9a, 9b and 7a.

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. The design described above is suitable for pneumatic cylinders with piston rod as well as for rodless pneumatic cylinders. In the case of a rodless cylinder, a slide that can be moved in the longitudinal direction on the outer wall of the cylinder body would be provided, which is connected to the cylinder piston by means of a longitudinal slot provided with corresponding seals in the cylinder body.

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 a linear drive with a pneumatic cylinder with piston rod, the shaped wedges 3, instead of directly on the cylinder piston 2 as described in the exemplary embodiment, can be arranged at the outlet opening of the piston rod from the cylinder and there clamp the piston rod and thus indirectly the cylinder piston in their locking position.

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. In a linear drive in which the cylinder piston 2 is connected to a slide which can be moved longitudinally on the outside of the cylinder body 1, the shaped wedges 3 can be arranged on the slide and clamp the slide in their locking position on the outer wall of the cylinder, as a result of which the slide is connected to the slide Cylinder piston 2 is locked indirectly.

Anstatt wie in Fig. 1 dargestellt sieben Formkeile 3 je Formkeil-Kranz, können auch mehr oder weniger Formkeile 3 vorgesehen werden. Instead of seven shaped wedges 3 per shaped wedge ring as shown in FIG. 1, more or fewer shaped wedges 3 can also be provided.

Sowohl die Innenwand des Zylinderkörpers 1 als auch die Formkeile 3 bestehen vorteilhaft aus gehärtetem Stahl. Both the inner wall of the cylinder body 1 and the molded wedges 3 are advantageously made of hardened steel.

Bei der Druckluft handelt es sich vorzugsweise um gefilterte, geölte Druckluft. The compressed air is preferably filtered, oiled compressed air.

3 3rd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

B B

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

673320 PATENT CLAIMS

1. Freely positionable pneumatic linear drive with a cylinder and a cylinder piston, characterized in that the cylinder piston (2) can be rigidly locked either directly or indirectly in any linear position, by means of a plurality of shaped wedges (3) which can be controlled in their tilted position.

2. Linear drive according to claim 1, characterized in that the shaped wedges (3) are arranged in a formation on the cylinder piston (2) and clamp the piston in their locking position on the cylinder inner wall.

3. Linear drive according to claim 1, wherein the cylinder piston is connected to a piston rod, characterized in that the shaped wedges (3) are arranged at the outlet opening of the piston rod from the cylinder and there clamp the piston rod and thus indirectly the cylinder piston in its locking position.

4. Linear drive according to claim 1, wherein the cylinder piston (2) is connected to an outside on the cylinder body longitudinally movable carriage, characterized in that the shaped wedges (3) are arranged on the carriage and there clamp the carriage in its locking position on the cylinder outer wall , whereby the cylinder piston (2) connected to the slide is indirectly locked.

5. Linear drive according to claim 2, characterized in that two coaxial wedge rings are provided coaxially to the cylinder piston longitudinal axis, each wedge ring being responsible for locking the cylinder piston (2) in a longitudinal direction.

6. Linear drive according to claims 2 and 5, characterized in that there is a pressure ring (14, 19) for each shaped wedge ring, which is displaceable in the piston axis direction and is in contact with the shaped wedges (3), so that when it is moved, the Form wedges (3) can be tilted into their release position.

7. Linear drive according to claims 2,5 and 6, characterized in that between the two pressure rings (14, 19) a plurality of compression springs (18) is provided ^ which push the two pressure rings away from each other, and thus the shaped wedges (3) in hold their locking position.

8. Linear drive according to claim 7, characterized in that each pressure ring (14, 19) can be displaced by compressed air against the force of the compression springs (18) in the piston axis direction, as a result of which the molded wedges (3) assigned to it are tilted into their release position.

9. Linear drive according to claim 1 and 2, characterized in that each shaped wedge (3) by springs (20) even in its release position is always kept in slight contact with the inner wall of the cylinder (1).

10. Linear drive according to claim 1, characterized in that the compressed air distribution takes place via a servo valve, which is a 4/3-way valve, d. H. it has 4 line connections and can be switched in three different positions.