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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zylindervorrichtung,
mit der ein Tisch entsprechend der flexiblen Durchbiegung einer
Membran (Diaphragma), die als Kolben dient, verschoben werden kann.
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Bekanntermaßen werden
Pneumatikzylinder zur Verschiebung einer Kolbenstange gemeinsam mit
einem Kolben verwendet, indem bspw. der Kolben entsprechend der
Antriebswirkung von zugeführter
Druckluft entlang einer Zylinderkammer in einem Zylinderrohr verschoben
wird.
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Wenn
der oben beschriebene Pneumatikzylinder in aufrecht stehender Weise
vertikal verwendet wird, hat die Größe des Zylinderrohres in Höhenrichtung
(Vertikalrichtung) einen Wert, der durch Addieren des Verschiebungsweges
des Kolbens, der Größe des Kolbens
in Axialrichtung und der Wanddicken einer Stangenabdeckung und einer
Kopfabdeckung erhalten wird.
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Wenn
eine flache Baugröße durch
Reduzierung der Größe des Zylinderrohres
in Höhenrichtung erreicht
werden soll, ist es daher unvermeidbar, die Größe des Kolbens in Axialrichtung
zu verkürzen. Dieses
Verfahren stößt jedoch
an gewisse Grenzen.
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Aus
der
GB 600 000 ist eine
Vorrichtung bekannt, bei der über
eine Membran eine Traverse in eine Richtung verschoben werden kann,
indem die Membran derart mit einem Fluid beaufschlagt wird, dass
sie sich wölbt.
Die Membran ist nicht an der Traverse befestigt, so dass letztere
nicht allein über
die Durchbiegung der Membran aufwärts und abwärts bewegt werden kann. Zur
Rückbewegung
der Traverse sind Druckfedern vorgesehen.
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Eine ähnliche
pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbare Betätigungsvorrichtung ist auch
in der
DE 41 08 312
C2 offenbart. Zwei jeweils mit einer Membran verbundene
Gehäuseplatten
können
von einem Fluid auseinander gedrückt
und durch eine Feder zueinander gezogen werden. Da die Gehäuseplatten
lediglich durch zentral angeordnete zylindrische Führungselemente
geführt
werden, lassen sich die Gehäuseplatten
zueinander verdrehen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders flach
bauende Zylindervorrichtung vorzuschlagen, mit der ein Tisch durch
ein Fluid verdrehsicher in zwei entgegengesetzte Richtungen bewegbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Weiterbildungen,
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsbeispielen
und der Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Zylindervorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung,
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2 zeigt
einen Vertikalschnitt entlang einer Linie II-II von 1,
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3 zeigt
einen Vertikalschnitt, der eine Ursprungsposition, an der ein Tisch
abwärts
bewegt wird, darstellt,
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4 zeigt
einen vergrößerten vertikalen Teilschnitt
aus 3,
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5 zeigt
eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht, die einen Zustand darstellt,
in dem die in 1 gezeigte Zylindervorrichtung
an einer Befestigungsfläche
eines anderen Elementes angebracht ist,
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6 zeigt
einen Vertikalschnitt durch eine Zylindervorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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7 zeigt
einen Vertikalschnitt, der einen Zustand darstellt, in dem bei der
in 6 gezeigten Zylindervorrichtung ein Tisch nach
oben bewegt wird,
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8 zeigt
einen Vertikalschnitt durch eine Zylindervorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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9 zeigt
einen Vertikalschnitt durch eine Zylindervorrichtung gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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10 zeigt
einen Vertikalschnitt durch eine Zylindervorrichtung gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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11 zeigt
eine Draufsicht auf die Zylindervorrichtung gemäß 10, und
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12 zeigt
eine Seitenansicht in Richtung des Pfeiles A in 11.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Eine
Zylindervorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in den 1 und 2 dargestellt.
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Die
Zylindervorrichtung 10 weist ein Zylinderrohr 16 mit
einem ersten Körper 12 und
einem zweiten Körper 14,
die jeweils eine im Wesentlichen scheibenförmige Gestalt aufweisen und
einstückig miteinander
verbunden sind, eine Membran 20, die in einer im Inneren
des Zylinderrohres 16 ausgebildeten Membrankammer 18 angeordnet
ist und deren Umfangsrandabschnitt zwischen dem ersten Körper 12 und
dem zweiten Körper 14 angeordnet
und gehalten wird, einen Tisch 22 mit im Wesentlichen scheibenförmiger Gestalt,
der entsprechend der flexiblen Durchbiegung der Membran 20 in
Höhenrichtung
des Zylinderrohres 16 aufwärts und abwärts bewegt wird, und ein Paar
von Stangenelementen 26a, 26b auf, die an unteren
Oberflächenabschnitten
des Tisches 22 mit Hilfe von Schraubelementen 24 befestigt
sind, die die Aufwärts-/Abwärtsbewegung
des Tisches 22 führen
und dazu dienen, ein Drehen des Tisches 22 zu verhindern.
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Die
Membrankammer 18 wird durch die Membran 20 in
eine obere Membrankammer 18a und eine untere Membrankammer 18b unterteilt.
Wie in 3 gezeigt ist, stehen bei der Zylindervorrichtung 10 an
der Ursprungsposition, an der der Tisch 20 in einem nach
unten bewegten Zustand angeordnet ist, die unteren Enden der Stangenelemente 26a, 26b nicht
von der Bodenfläche
des zweiten Körpers 14 vor,
sondern liegen im Wesentlichen bündig
mit der Bodenfläche
des zweiten Körpers 14.
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Wie
in 1 gezeigt ist, weisen der erste Körper 12 und
der zweite Körper 14 einen
im Wesentlichen identischen Durchmesser auf. Eine erste Druckfluideinlass-/auslassöffnung 28a,
die mit der oberen Membrankammer 18a in Verbindung steht,
ist an einer äußeren Umfangsfläche des
ersten Körpers 12 ausgebildet.
Eine zweite Druckfluideinlass-/auslassöffnung 28b, die mit
der unteren Membrankammer 18b in Verbindung steht, ist
an einer äußeren Umfangsfläche des
zweiten Körpers 14 ausgebildet. Wie
in 2 dargestellt ist, ist eine Kolbenstange 32 mit
einem im Wesentlichen mittleren Abschnitt der Membran 20 mit
Hilfe eines Halteelementes 30 verbunden. Ein erstes Ende
der Kolbenstange 32 ist mit einem im Wesentlichen mittigen
Abschnitt der unteren Fläche
des Tisches 22 mit Hilfe eines Schraubelementes 34 verbunden.
Bei dieser Anordnung wird die Kolbenstange 32 entsprechend
der flexiblen Durchbiegung der Membran 20 gemeinsam mit
der Membran 20 in Vertikalrichtung verschoben. Dementsprechend
wird der Tisch 22 aufwärts
und abwärts bewegt.
Ein Dichtelement 36, das eine äußere Umfangsfläche der
Kolbenstange 32 umgibt, um die Membrankammer 18 luftdicht
zu halten, ist in einer ringförmigen
Nut des ersten Körpers 12 angebracht.
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Zylindrische
Lagerelemente 38a, 38b mit Durchgangsöffnungen
zum Einsetzen des Paares von Stangenelementen 26a, 26b sind
in dem zweiten Körper 14 vorgesehen.
Die geradlinige Bewegung der Stangenelemente 26a, 26b wird
durch die Lagerelemente 38a, 38b gleichmäßig geführt und
abgestützt.
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Wie
in 1 gezeigt ist, sind vier Werkstückbefestigungsöffnungen 40a bis 40d,
die voneinander jeweils um 90° in
Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind, in dem Tisch 22 ausgebildet.
Ein nicht dargestelltes Werkstück
oder dgl. wird mit Hilfe der Werkstückbefestigungslöcher 40a bis 40d angebracht.
Der Tisch 22 weist ein Paar von durchgehenden Befestigungsbolzeneinsetzöffnungen 42a, 42b auf,
die voneinander um einen festgelegten Abstand beabstandet sind.
Sowohl der erste Körper 12 als auch
der zweite Körper 14 weisen
ein Paar von durchgehenden Befestigungslöchern 44a, 44b entsprechend
dem Paar von Befestigungsbolzeneinsetzlöchern 42a, 42b auf
(vgl. 5).
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Daher
kann, wie in 5 gezeigt, die Zylindervorrichtung 10 an
der oberen Oberfläche
(von der Seite des Tisches 22) befestigt werden, indem
die Befestigungsbolzen 43 durch das Paar von durchgehenden
Befestigungsbolzeneinsetzlöchern 42a, 42b, die
jeweils durch den Tisch 22 ausgebildet sind, und durch
die Befestigungslöcher 44a, 44b eingesetzt werden,
um sie in an der Be festigungsfläche 45 eines anderen
Elements ausgebildete Gewindeöffnungen 47 einzuschrauben.
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Wie
in 4 gezeigt ist, ist eine Vielzahl von Ringnuten 46 mit
unterschiedlichen Durchmessern abwechselnd an oberen und unteren
Abschnitten ausgebildet, an denen der Umfangskantenabschnitt der
Membran 20 durch den ersten Körper 12 und den zweiten
Körper 14 gehalten
wird. Die Oberflächenabschnitte
der Membran 20 beißen
in die Vielzahl von Ringnuten 46 ein. Dementsprechend ist
es möglich, die
Membran 20 zuverlässig
und fest zu ergreifen und die Luftdichtigkeit der Membrankammer 18 kann mit
hoher Genauigkeit aufrecht erhalten werden.
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Die
Zylindervorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben
aufgebaut. Nachfolgend werden ihre Betriebs-, Funktions- und Wirkungsweise
erläutert.
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Die
erste Druckfluideinlass-/auslassöffnung 28a und
die zweite Druckfluideinlass-/auslassöffnung 28b werden über nicht
dargestellte Rohrleitungen mit einer nicht dargestellten Druckfluidzufuhrquelle
verbunden. Die nachfolgende Beschreibung erfolgt unter der Annahme,
dass die Ursprungsposition der Zustand ist, in dem der Tisch 22 nach
unten bewegt ist und den ersten Körper 12 berührt, wie
es in 2 dargestellt ist.
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An
der Ursprungsposition wird die nicht dargestellte Druckfluidzufuhrquelle
betätigt,
um das Druckfluid über
die zweite Druckfluideinlass-/auslassöffnung 28b zuzuführen. Während dieses
Vorgangs wird angenommen, dass die erste Druckfluideinlass-/auslassöffnung 28a entsprechend
der Schaltwirkung eines nicht dargestellten Richtungskontrollventiles
mit der Umgebung in Verbindung steht. Das Druckfluid, das von der
zweiten Druckfluideinlass-/auslassöffnung 28b zugeführt wird,
wird in die untere Membrankammer 18b eingeführt. Die Membran 20 wird
entsprechend der Wirkung des Druckfluides nach oben gedrückt.
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Die
Membran 20 wird durch die nach oben gerichtete Druckkraft
flexibel durchgebogen. Die Membran 20 und die Kolbenstange 32 werden
gemeinsam nach oben verschoben. Dementsprechend wird der Tisch 22 nach
oben bewegt. In diesem Fall liegt das Halteelement 30,
das den im Wesentlichen mittigen Abschnitt der Membran 20 hält, gegen
den ersten Körper 12 an.
Dadurch wird der in 2 gezeigte Zustand erhalten,
der die Verschiebungsendposition ist.
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Wenn
der Tisch 22 entsprechend der flexiblen Durchbiegung der
Membran 20 nach oben bewegt wird, wird der Tisch 22 durch
das Paar von Stangenelementen 26a, 26b, die durch
die Lagerelemente 38a, 38b abgestützt werden,
gleichmäßig und linear
durchgeführt
und an einer Drehung in Umfangsrichtung gehindert.
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Wenn
die Zufuhr des Druckfluids von der Druckfluidzufuhrquelle entsprechend
der Schaltwirkung des nicht dargestellten Richtungskontrollventiles
von der zweiten Druckfluideinlass-/auslassöffnung 28b zu der
ersten Druckfluideinlass/auslassöffnung 28a umgeschaltet
wird, wird der Tisch 22 nach unten bewegt, um entsprechend
der Wirkung des in die obere Membrankammer 18a eingeführten Druckfluids
zu der Ursprungsposition zurückgeführt zu werden.
In dieser Situation wird angenommen, dass die zweite Druckfluideinlass-/auslassöffnung 28b mit
der Umgebung in Verbindung steht.
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Bei
dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind der erste Körper 12 und der zweite
Körper 14,
die jeweils eine flache und im Wesentlichen scheibenförmige Gestalt
aufweisen, integral miteinander verbunden, um das Zylinderrohr 16 zu bilden.
Die Membran 20 ist in der Membrankammer 18 angeordnet,
die im Inneren des Zylinderrohres 16 ausgebildet ist. Der
flache und im Wesentlichen scheibenförmige Tisch 22 ist
so vorgesehen, dass er sich entsprechend der flexiblen Durchbiegung
der Membran 20 in Höhenrichtung
des Zylinderrohres 16 nach oben und unten bewegt. Daher
ist es möglich, eine
Zylindervorrichtung 10 zu erhalten, die eine geringe Größe in Höhenrichtung
hat und gegenüber dem
Stand der Technik sehr flach ausgebildet ist.
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Das
Zylinderrohr 16 und der Tisch 22, die im Wesentlichen
scheibenförmig
ausgebildet sind, können
in einfacher Weise durch Extrusion oder Pultrusion (Strangpressen)
hergestellt werden. Dadurch können
die Produktionskosten verringert werden.
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Durch
Ausbilden einer im Wesentlichen scheibenförmigen Aussparung (nicht dargestellt)
entsprechend der Form des Zylinderrohres 16, so dass das
Zylinderrohr 16 in die im Wesentlichen scheibenförmige Aussparung
einsetzbar ist, kann die Positionierung durch Verwendung der äußeren Umfangsfläche des
Zylinderrohres 16 als Führung
vereinfacht werden.
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Der
Tisch 22 kann durch flexibles Durchbiegen der Membran 20 entsprechend
der Druckdifferenz zwischen der oberen Membrankammer 18a und der
unteren Membrankammer 18b aufwärts und abwärts bewegt werden.
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Die
Stangenelemente 26a, 26b, die durch die Lagerelemente 38a, 38b abgestützt werden,
werden dazu verwendet, gleichzeitig den Tisch 22 gleichmäßig und
linear zu führen
und eine Drehung in Umfangsrichtung zu verhindern. Dadurch können die Zahl
der Teile und die Herstellungskosten reduziert werden.
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Als
nächstes
wird anhand der 6 und 7 eine Zylindervorrichtung 50 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutert.
Bei dieser und bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen
werden die gleichen Aufbauelemente wie bei der Zylindervorrichtung 10 gemäß der ersten
Aus führungsform
mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und auf ihre erneute Erläuterung
verzichtet.
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Die
Zylindervorrichtung 50 gemäß der zweiten Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass ein
Paar von Lagerelementen 52a, 52b, die im Wesentlichen
die gleiche Größe in Höhenrichtung
haben wie das Zylinderrohr 16, vorgesehen ist und dass
die Größe von Stangenelementen 54a, 54b in
Axialrichtung etwas verlängert
ist, so dass die ersten Enden der Stangenelemente 54a, 54b,
die von dem Paar von Lagerelementen 52a, 52b abgestützt werden,
jeweils von der Bodenfläche
des Zylinderrohres 16 vorstehen.
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Wie
oben beschrieben wurde, ist bei der Zylindervorrichtung 50 gemäß der zweiten
Ausführungsform
die Größe des Paares
von Lagerelementen 52a, 52b in Axialrichtung so
eingestellt, dass sie im Wesentlichen die gleiche ist, wie die Größe des Zylinderrohres 16 in
Höhenrichtung,
während
die Größe der Stangenelemente 54a, 54b in
Axialrichtung etwas verlängert
ist. Dementsprechend kann der Tisch 22 durch die Stangenelemente 54a, 54b, die
gleitend von dem Paar von Lagerelementen 52a, 52b abgestützt werden,
stabil abgestützt
werden. Außerdem
ist es möglich,
die Haltegenauigkeit der Stangenelemente 54a, 54b zu
verbessern.
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Als
nächstes
wird anhand von 8 eine Zylindervorrichtung 60 gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutert.
Die Zylindervorrichtung 60 gemäß der dritten Ausführungsform
weist ein Federelement 62 mit einem ersten Ende, das an
einem mit einer Kolbenstange 32 verbundenen Halteelemente 30 befestigt
ist, und einem zweiten Ende, das an einer Innenwand eines ersten
Körpers 12 befestigt
ist, auf. Ein zweiter Körper 14 weist
eine Druckfluideinlass-/auslassöffnung 28 für die Zufuhr
des Druckfluides zu einer unteren Membrankammer 18b auf.
Der erste Körper 12 weist eine
Entlüftungs öffnung 64 zur
Verbindung der oberen Membrankammer 18a mit der Umgebung
auf.
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Bei
dieser Anordnung bildet die Zylindervorrichtung 60 gemäß der dritten
Ausführungsform
einen einfach wirkenden Zylinder, bei dem die Membran 20,
das Halteelement 30 und der Tisch 22 entsprechend
der Wirkung des der unteren Membrankammer 18b zugeführte Druckfluides
entgegen der Federkraft des Federelements 62 gemeinsam
nach oben bewegt werden. Der Tisch 22, der nach oben bewegt
ist, wird durch die Federkraft des Federelements 62 zu
der Ursprungsposition zurückgeführt.
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Wie
oben beschrieben wurde, nutzt die Zylindervorrichtung 60 gemäß der dritten
Ausführungsform
die Anordnung des einfach wirkenden Zylinders, bei dem das Druckfluid
nur der unteren Membrankammer 18b zugeführt wird. Dementsprechend ist
es möglich,
den Steuerschaltkreis (Pneumatikdruckkreis) für das Druckfluid, das der Zylindervorrichtung 60 zugeführt wird,
zu vereinfachen.
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Als
nächstes
wird mit Bezug auf 9 eine Zylindervorrichtung 70 gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung erläutert.
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Die
Zylindervorrichtung 70 gemäß der vierten Ausführungsform
weist ein mittleres Element 72, das zwischen einem ersten
Körper 12 und
einem zweiten Körper 14 liegen
kann, eine erste Membran 20a, die zwischen dem ersten Körper 12 und
dem mittleren Element 72 angeordnet ist, und eine zweite Membran 20b auf,
die zwischen dem mittleren Element 72 und dem zweiten Körper 14 angeordnet
ist. Die ersten und zweiten Membranen 20a, 20b sind voneinander
um einen festgelegten Abstand beabstandet, um eine duale Struktur
zu bilden. Das Mittelelement 72 weist eine Ventilationsöffnung 76 für die Zufuhr/Abfuhr
der Luft in einer Kammer 74 auf, die von den ersten und
zweiten Membranen 20a, 20b umgeben wird.
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Wie
oben beschrieben wurde, weist die Zylindervorrichtung 70 gemäß der vierten
Ausführungsform
eine durch die erste Membran 20a und die zweite Membran 20b gebildete
duale Struktur auf. Dementsprechend ist es möglich, die Haltbarkeit zu verbessern,
indem die auf die ersten und zweiten Membranen 20a, 20b ausgeübte Last
aufgeteilt wird.
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Als
nächstes
wird mit Bezug auf die 10 bis 12 eine
Zylindervorrichtung 80 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung erläutert.
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Wie
in 10 dargestellt ist, wird die Zylindervorrichtung 80 gemäß der fünften Ausführungsform
durch eine Doppelstange gebildet, die eine erste Kolbenstange 88,
welche aufwärts
und abwärts
entlang einer durch einen ersten Körper 82 durchtretenden Öffnung verschieblich
und mit Hilfe eines Schraubelementes 84 an einen Tisch 86 angebracht ist,
und eine zweite Kolbenstange 92 aufweist, die koaxial mit
der ersten Kolbenstange 88 verbunden ist und aus einer
durch einen zweiten Körper 90 ausgebildeten Öffnung vorsteht.
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Eine
Dichtung 94a mit V-förmigem
Querschnitt, die die erste Kolbenstange 88 umgibt, ist
in einer Ringnut des ersten Körpers 82 angebracht. Eine
Dichtung 94b mit V-förmigem
Querschnitt, die die zweite Kolbenstange 92 umgibt, ist
in einer Ringnut des zweiten Körpers 90 angebracht.
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Halteelemente 98a, 98b zum
Ergreifen einer Membran 96 sind an einem Verbindungsabschnitt zwischen
der ersten Kolbenstange 88 und der zweiten Kolbenstange 92 vorgesehen.
Eine Öffnung 100, die
in Axialrichtung durchtritt, ist durch die erste Kolbenstange 88 und
die zweite Kolbenstange 98 ausgebildet. Bei dieser Anordnung
kann durch die Ausbildung der Durchgangsöffnung 100 die Öffnung als Rohrleitung
für eine
andere Pneumatikdruckausrüstung
(nicht dargestellt), die auf dem Tisch 86 angeordnet wird,
genutzt werden.
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Wie
in 11 dargestellt ist, ist ein Paar von einander
gegenüberliegenden
kreisbogenförmigen Abschnitten
aus dem Tisch 86 ausgeschnitten, der mit einem Paar von
Werkstückpositionierungsstiften 102a, 102b verbunden
ist, die voneinander um einen festgelegten Abstand auf einer durch
die Mitten der ersten und zweiten scheibenförmigen Körper 82, 90 verlaufenden
geraden Linien beabstandet sind.
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Entsprechend
der Doppelstangenstruktur weisen der erste Körper 82 und der zweite
Körper 90, wie
in 12 dargestellt, ein Paar von ersten Befestigungsöffnungen 44a, 44b zum
Einsetzen von Befestigungsbolzen 83 (vgl. 5)
von der Seite des ersten Körpers 82 und
zweiten Befestigungsöffnungen 104a, 104b zum
Einsetzen von Befestigungsbolzen 83 von der Seite des zweiten
Körpers 90 auf.
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Wie
oben beschrieben wurde, ermöglicht
die Zylindervorrichtung 80 gemäß der fünften Ausführungsform aufgrund der Doppelstangenstruktur
die Durchführung
einer Operation, bei der eine nicht dargestellte Pneumatikdruckausrüstung auf
der ersten Kolbenstange 88 auf der ersten Seite getragen
wird und die Verschiebung der zweiten Kolbenstange 92 auf
der zweiten Seite durch einen nicht dargestellten Sensor festgestellt
werden kann, so dass ein Feststellsignal zu einer nicht dargestellten
externen Steuerung ausgegeben werden kann.