CH682414A5

CH682414A5 - Elektro-pneumatische oder -hydraulische Linear-Antriebsvorrichtung.

Info

Publication number: CH682414A5
Application number: CH3029/90A
Authority: CH
Inventors: Heinz Stadler; Alfred Heinzl; Wilhelm Krakowetz
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1989-12-18
Filing date: 1990-09-19
Publication date: 1993-09-15
Also published as: PT96222B; DE3941748A1; PT96222A; US5065663A; DE3941748C2

Description

1

CH 682 414 A5

2

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine elektro-pneumatische oder -hydraulische Linear-Antriebsvorrichtung, wie sie beispielsweise in der feinmechanischen Fertigung zur Bearbeitung und Montage von Einzelteilen verwendet wird.

Bisher sind beispielsweise derartige Antriebsvorrichtungen bekannt, bei denen ein Antriebszylinder fest mit einer Kolbenstange verbunden ist, wobei an der Kolbenstange auch Endanschläge gegenüber einem Führungsrahmen vorgesehen sein können. Die Steuerung des Antriebszylinders erfolgt über Magnetventile, welche jedoch getrennte Baueinheiten darstellen. Wird ein solcher Linearantrieb an einem Werkzeug angebracht, muss also das Magnetventil getrennt montiert und individuell verdrahtet werden. Ausserdem müssen die Schlauchverbindungen vom Magnetventil zum Antriebszylinder jeweils einzeln hergestellt werden. Wegen der häufig grossen Entfernung zwischen Magnetventil und Antriebszylinder ergeben sich dabei auch lange Reaktionszeiten, was den Arbeitstakt verlangsamt. Ferner ist es erforderlich, dass ein vom Linearantrieb bewegtes Maschinenteil oder Werkzeug in seinen jeweiligen Endpositionen abgetastet wird. Dies erfolgt bei herkömmlichen Anlagen wiederum durch zusätzlich einzeln angebrachte Abtastvorrichtungen, welche ebenfalls wieder individuell mit Signalleitungen verdrahtet werden müssen. Durch diese vielen Einzelteile mit ihren eigenen Verdrahtungen und Verschlauchungen ergibt sich nicht nur eine komplizierte und unübersichtliche Konstruktion der Werkzeuganordnung, sondern die Montage selbst wird schwierig und zeitaufwendig, was sich insbesondere auch bei Reparaturen und Umrüstungen einer solchen Fertigungsanlage nachteilig auswirkt.

Ziel der Erfindung ist es, eine Linear-Antriebsvorrichtung zu schaffen, welche eine übersichtlichere Gesamtkonstruktion und eine vereinfachte Montage des Linearantriebs ermöglicht.

Erfindungsgemäss weist eine elektro-pneumatische oder -hydraulische Linear-Antriebsvorrichtung folgende Merkmale auf:

- einen Antriebszylinder, der an ein unter Druck stehendes Strömungsmittel anschliessbar ist, derart, dass in Abhängigkeit von dem jeweils angelegten Druck ein im Antriebszylinder gelagerter Kolben wahlweise nach der einen oder anderen Seite verschoben wird,

- eine mit dem Kolben verbundene Antriebsstange,

- ein fest mit dem Antriebszylinder verbundenes Führungselement für die Antriebsstange,

- zwischen Antriebsstange und Führungselement wirksame Hubbegrenzungselemente,

- mit dem Führungselement verbundene Positionsfühler,

- eine mit dem Führungselement verbundene Ventileinrichtung, die über interne Steuerschläuche mit dem Antriebszylinder verbunden und über eine externe Versorgungsleitung an eine Strömungsmittelversorgung anschliessbar ist, und

- Signal- und Steuerleitungen zum Anschluss der Positionsfühler sowie der Ventileinrichtung.

Bei der erfindungsgemässen Linear-Antriebsvor-

richtung ist der Antriebszylinder mit der Antriebsstange nicht nur mit Hubbegrenzungselementen, sondern auch mit Positionsfühlern, der Ventileinrichtung und den zugehörigen Leitungen zu einer kompakten Einheit verbunden, die als solche leicht und schnell montiert werden kann. Da die Ventileinrichtung mit zu dieser kompakten Einheit gehört, sind die internen Schlauchleitungen vom Ventil zum Zylinder sehr kurz, wodurch auch kurze Reaktionszeiten der Bewegungen und damit niedrige Taktzeiten erreichbar sind. Da die Positionsfühler in der Antriebseinheit enthalten sind, brauchen sie nicht in der Werkzeugkonstruktion vorgesehen zu werden, so dass diese Konstruktion übersichtlicher und einfacher in der Montage wird. Dabei entfällt auch die individuelle interne Maschinenverdrahtung, wodurch wiederum Montagearbeiten eingespart und die Aufbauzeit der Maschine verringert werden. Die Werkzeuge können von den Antrieben getrennt aufgebaut werden. Sie sind leicht zu koppeln und auszuwechseln. Durch entsprechend lange Koppelbzw. Antriebsstangen können die Antriebe von den anzutreibenden Werkzeugen an einen geeigneten, meist dezentralen Platz ausserhalb des Werkzeugs verlegt werden. Auch dadurch wird die Übersicht verbessert und die Wartung der Maschinen erleichtert.

Das Führungselement besitzt in einer zweckmässigen Ausgestaltung die Form eines Bügels, welcher in zwei Führungsschenkein die Antriebsstange führt. Zur Hubbegrenzung dienen zweckmässigerweise auf der Antriebsstange verstellbar befestigte Anschlagelemente, beispielsweise Anschlagmuttern, die auf einem Gewindeabschnitt der Antriebsstange verstellt werden können. Diese Anschlagmuttern können gleichzeitig zur Positionsmessung mit verwendet werden, wenn beispielsweise in den Führungsschenkeln jeweils berührungslose Annäherungsschalter vorgesehen sind, welche bei Annäherung eines Anschlagelementes ansprechen. Mit dem Führungselement ist zweckmässigerweise eine Trägerplatte verbunden, welche die Ventileinrichtung, vorzugsweise Magnetventile, sowie eine Klemmleiste für die Signal- und Steuerleitungen trägt. Die nach aussen gehenden elektrischen Leitungen können zu einem Kabel zusammengefasst und mittels eines Vielfachsteckers an ein Steuergerät angekoppelt werden. Zum Anschluss des Strömungsmediums dient zweckmässigerweise eine Schlauchkupplung.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäss gestalteten elektro-pneumatischen Linear-Antriebsvorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Werkzeuganordnung mit mehreren Linear-Antriebsvorrichtungen.

Die in Fig. 1 gezeigte Linear-Antriebsvorrichtung besitzt einen Druckluftzylinder 1, an dessen Enden 1a und 1b jeweils ein Drucklufteingang über ein Drossel-Rückschlagventil 2 vorgesehen ist. Der nicht sichtbare Kolben bewegt eine Kolbenstange 3,

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2

3

CH 682 414 A5

4

welche mit einer Koppelstange 4 verbunden ist. Die Kolbenstange 3 und die Koppelstange 4 werden hier gemeinsam als Antriebsstange bezeichnet; diese Antriebsstange könnte beispielsweise auch aus einem Teil bestehen. Vorteilhaft ist jedoch die Zweiteilung, da die Koppelstange somit leicht auswechselbar ist, je nach Anwendungsfall also eine mehr oder weniger lange Koppelstange eingesetzt werden kann. Mit einem Gabelkopf 5 kann die Koppelstange schliesslich an ein zu betätigendes Teil, beispielsweise ein Werkzeug, angekoppelt werden.

Ein bügeiförmiges Führungselement 7 ist mit einem Befestigungsschenkel 8 fest mit dem Zylinder 1 verbunden, und zwar derart, dass die Antriebsstange 3 bzw. 4 durch die zwei Führungsschenkel 9 und 10 verläuft, zwischen diesen aber frei liegt. Zumindest der Führungsschenkel 10 bildet eine Gleitlagerung in Form einer Gleitbuchse 11 für die Koppelstange 4. Im Bereich zwischen den beiden Führungsschenkeln 9 und 10 weist die Koppelstange 4 einen Gewindeabschnitt 12 auf, auf welchem zwei Anschlagmuttern 13 und 14 verstellbar angeordnet sind. Bei der Linearbewegung der Antriebsstange schlagen die Muttern 13 und 14 jeweils an den Führungsschenkel 9 bzw. 10 und bilden damit eine Hubbegrenzung für die Antriebsbewegung. Ausserdem sind in dem Führungselement 7 zwei berührungslose Annäherungsschalter 15 und 16 derart eingebaut, dass sie jeweils die Annäherung einer Anschlagmutter 13 bzw. 14 an ihre Endstellung delektieren, also in den Endpositionen des Antriebshubes ansprechen.

An dem Führungselement 7 ist ausserdem eine Trägerplatte 17 befestigt, welche ein Magnetventil 18 und eine Klemmleiste 19 trägt. Das Magnetventil ist über kurze interne Schlauchleitungen 20 mit den Rückschlagventilen 2 verbunden. Extern ist es über eine Versorgungsleitung 21 an eine Druckluftversorgung anschliessbar. Diese Versorgungsleitung ist beispielsweise über eine nicht dargestellte Schnellkupplung an das Magnetventil anschliessbar. Die Klemmleiste dient zur Ankopplung der Signalleitungen 22 von den berührungslosen Schaltern 15 bzw. 16 und der Steuerleitungen 23 für das Magnetventil 18 an ein nach aussen geführtes Kabel 24, das mittels eines Vielfachsteckers 25 schnell und einfach an ein Steuergerät anschliessbar ist.

Im Betrieb ist der Zylinder mit dem Ansatz 26 an einem Lager befestigt. Je nach Ansteuerung des Magnetventils 18 wird Druckluft in das Ende 1a oder in das Ende 1b des Zylinders eingeführt, so dass sich die Koppelstange 4 nach rechts oder nach links bis zum jeweiligen Anschlag bewegt. Das Erreichen der Endstellung wird über einen berührungslosen Schalter 15 bzw. 16 festgestellt und über die Signalleitungen gemeldet. In einem Steuergerät kann dieses Signal ausgewertet werden, beispielsweise zur Umschaltung des Magnetventils oder zur Betätigung eines anderen Werkzeugs.

Ein Beispiel für die Einsatzmöglichkeiten der er-findungsgemässen Linear-Antriebsvorrichtung ist in Fig. 2 gezeigt. Dort ist vereinfacht und schematisch ein Schnitt durch eine Führungsschiene 30 gezeigt, auf welcher beispielsweise über einen Hebel 31 ein Anker 32 auf ein Magnetsystem 33 aufgesetzt wird.

Zum Halten, Deformieren und Bewegen der verschiedenen Einzelteile können jeweils elektro-pneumatische Linear-Antriebsvorrichtungen verwendet werden. In Fig. 2 sind beispielshalber vier derartige Antriebsvorrichtungen gezeigt, nämlich die Antriebsvorrichtungen 40, 50, 60 und 70. Jede dieser Antriebsvorrichtungen besitzt einen Antriebszylinder 41, 51, 61 bzw. 71, eine Antriebsstange 42, 52, 62 bzw. 72 und ein Führungselement 43, 53, 63 bzw. 73. Je nach dem notwendigen Hub können unterschiedlich lange Zylinder, Antriebsstangen und Führungselemente verwendet werden. So sind beispielsweise der Antriebszylinder 41 und das Führungselement 43 länger als die übrigen Zylinder und Führungselemente. Die Antriebsstange 72 der Antriebsvorrichtung 70 ist beispielsweise sehr lang, um die Antriebsvorrichtung 70 weit von der Montagevorrichtung selbst entfernt anbringen zu können. Obwohl hier die Einzelheiten der Konstruktion dieser Montagevorrichtung und deren Funktion nicht weiter gezeigt und erläutert werden sollen, ist aus Fig. 2 doch zu erkennen, dass durch die hier verwendeten Linear-Antriebsvorrichtungen die eigentliche Montagevorrichtung sehr übersichtlich und leicht zugänglich ist, da sie frei gehalten wird von Konstruktionsteilen der Antriebe, Verdrahtungen, Druckluftschläuchen und Positionsfühlern. All diese Dinge sind in den einzelnen Antriebsvorrichtungen dezentral angeordnet, wobei die Antriebsvorrichtungen lediglich mit ihrer Antriebsstange in den eigentlichen Montage- oder Bearbeitungsbereich hineingreifen.

Claims

Patentansprüche

1. Elektro-pneumatische oder -hydraulische Linear-Antriebsvorrichtung, gekennzeichnet durch

- einen Antriebszyiinder (1), der an ein unter Druck stehendes Strömungsmittel anschliessbar ist, derart, dass in Abhängigkeit von dem jeweils angelegten Druck ein im Antriebszylinder (1) gelagerter Kolben wahlweise nach der einen oder nach der anderen Seite verschoben wird,

- eine mit dem Kolben verbundene Antriebsstange (3, 4),

- ein fest mit dem Antriebszylinder (1) verbundenes Führungselement (7) für die Antriebsstange (3, 4),

- zwischen Antriebsstange (3, 4) und Führungselement (7) wirksame Hubbegrenzungselemente (13, 14),

- mit dem Führungselement (7) verbundene Positionsfühler (15, 16),

- eine mit dem Führungselement (7) verbundene Ventileinrichtung (18), die über interne Steuerschläuche (20) mit dem Antriebszylinder (1 ) verbunden und über eine externe Versorgungsleitung (21) an eine Strömungsmittelversorgung anschliessbar ist, und

- Signal- und Steuerleitungen (22, 23, 24) zum Anschluss der Positionsfühler (15, 16) sowie der Ventileinrichtung (18).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement die Form eines Bügels (7) besitzt und in zwei Führungsschenkeln (9, 10) die Antriebsstange (3, 4) führt.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

5

CH 682 414 A5

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Hubbegrenzungselemente auf der Antriebsstange (3, 4) verstellbar befestigte Anschlagelemente (13, 14) dienen, welche an den Führungsschenkeln (9, 10) anschlagen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsstange (3, 4) einen Gewindeabschnitt (12) aufweist, auf welchem als Anschlagelemente dienende Anschlagmuttern (13, 14 zur Hubbegrenzung sitzen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagelemente (13, 14) im Bereich zwischen den beiden Führungsschenkeln (9, 10) sitzen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, dass als Positionsfühler jeweils ein berührungsloser Annäherungsschalter (15, 16) an jedem Führungsschenkel (9, 10) angeordnet ist, der jeweils bei Annäherung eines Anschlagelementes (13, 14) anspricht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Führungselement (7) eine Trägerplatte (17) verbunden ist, auf welcher die Ventileinrichtung (18) sowie eine Klemmleiste (19) für die Signal- und Steuerleitungen (22, 23, 24) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung unterschiedlicher Kolbenhübe unterschiedliche Arbeitszylinder (41, 51, 61, 71) sowie Führungselemente (43, 53, 63, 73) mit jeweils unterschiedlichem Abstand zwischen den Führungsschenkeln einsetzbar sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedlich lange Antriebsstangen (3, 4; 42, 52, 62, 72) einsetzbar sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsstange durch eine mit dem Kolben verbundene Kolbenstange (3) und eine mit der Kolbenstange verbindbare Koppelstange (4) gebildet ist.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

4