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Die
Erfindung betrifft einen Linearschrittantrieb nach dem Anspruch
1 sowie eine damit versehene Flüssigkeitsabfüllmaschine.
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Linearschrittantriebe
können
zur Bewegung und Halterung beliebiger Lasten sowohl mit waagerechter
als auch lotrechter Bewegungsrichtung verwendet werden. Bekannt
sind solche Linearschrittantriebe zum Beispiel mit an einer Zahnstange
entlang laufenden, die Last tragenden Schlitten, die einen elektrischen
Schrittmotor tragen, der ein mit der Zahnstange kämmendes
Ritzel dreht. Solche Antriebe sind sehr einfach und zuverlässig, jedoch
im explosionsgeschützten
Bereich nicht anwendbar, wenn z.B. explosive Gase vorliegen können.
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Solche
Linearschrittantriebe sind insbesondere auch zur Höhensteuerung
der Unterspiegelabfüllköpfe von
Flüssigkeitsabfüllmaschinen
verwendbar, wie sie aus
DE
74 09 540 U bekannt sind. Unterspiegelabfüllköpfe werden
insbesondere auch bei Flüssigkeiten
eingesetzt, die explosive Gase abgeben. Daher wird hier gern nichtelektrisch
gearbeitet. Aus Kostengründen
empfehlen sich Druckluftantriebe.
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Es
sind dazu schrittweise vorschiebende Druckluftkolben in langen Zylindern
bekannt, die nach Ausführung
eines bestimmten Hubes gebremst werden. Die Hubgenauigkeit ist dabei
jedoch relativ gering, insbesondere dann, wenn die Belastung schwankt.
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Aus
der
DE 37 02 605 C2 ist
ein Linearschrittantrieb bekannt, mit einem die Last tragenden Schlitten,
einer um einen bestimmten Hub hin- und hergehend angetriebenen Stange
und mit einer Koppelungseinrichtung, die den Schlitten im Takt des
Hubes abwechselnd in Halteeingriff bringt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen einfachen,
kostengünstigen
und insbesondere für
den explosionsgeschützten
Bereich verwendbaren Linearschrittantrieb insbesondere für eine Flüssigkeitsabfüllmaschine
zu schaffen, der eine hohe Stellgenauigkeit aufweist.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie des Anspruches
7 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist
der Linearschrittantrieb zwei Stangen auf, die parallel zur Triebrichtung angeordnet
sind und mit denen ein in dieser Richtung verschiebbar gelagerter
Schlitten abwechselnd in Halteeingriff bringbar ist. Wenigstens
eine der Stangen ist in Triebrichtung hin- und hergehend angetrieben.
Wird dabei der Schlitten abwechselnd mit der einen und der anderen
Stange gekoppelt, so wird er schrittweise in Triebrichtung mitgenommen.
Je nach dem, ob er mit der angetriebenen Stange beim Hin-Hub oder
beim Rück-Hub
gekoppelt ist, wird er dabei in der einen oder anderen Richtung
bewegt. Es ergibt sich eine sehr einfache Konstruktion. Zum Antrieb
der Stangen sind sehr einfache, insbesondere auch pneumatische Antriebe
verwendbar, die nur hin- und hergehend einen gewissen Hub ausführen müssen. Dieser
Hub kann z.B. mit zwischen Endanschlägen arbeitenden Linearantrieben
erzeugt oder über
geeignete Getriebe aus einer rotierenden Bewegung abgeleitet werden.
Auch für
die Kopplungseinrichtung ist nur ein sehr einfacher hin- und hergehender
Antrieb erforderlich. Insgesamt ergibt sich eine sehr kostengünstig verwirklichbare
Konstruktion, die insbesondere unter durchgehender Verwendung pneumatischer
Antriebe auch Explosionsschutzanforderungen sehr leicht erfüllen kann.
Der erfindungsgemäße Linearschrittantrieb
kann durch Wahl des Stangenhubes für beliebige Schrittlängen ausgeführt sein
und ist in seiner Gesamtbewegungslänge beliebig ausführbar.
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Es
kann nur eine der Stangen hubbewegt sein, während die andere Stange still
steht. Dann kann bei Hin- und Herbewegung der bewegten Stangen zur
Bewegung des Schlittens in einer Richtung nur die Stangenbewegung
in dieser Richtung ausgenützt
werden, so dass der Schlitten schrittweise mit Pausen bewegt wird.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Beide
Stangen werden gegenläufig
hin- und hergehend angetrieben, so dass bei Bewegung des Schlittens
in einer Richtung immer abwechselnd mit der sich in diese Richtung bewegenden
Stange gekoppelt werden kann und sich somit eine fast kontinuierliche
Schlittenbewegung ergibt. Dadurch sind höhere Bewegungsgeschwindigkeiten
erreichbar.
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Die
Kopplungseinrichtung kann den Schlitten an die Stangen z.B. klemmend
koppeln, beispielsweise mittels Klemmbacken, die den Stangen zugeordnet
sind und abwechselnd betätigt
werden. Vorzugsweise sind jedoch die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen.
Zum Koppeln schiebt die Kopplungseinrichtung abwechselnd einen Stift
in die eine Stange oder einen Stift in die andere Stange. Dadurch
entfallen Haltekräfte
während
des Halteeingriffes, da die Stifte formschlüssig koppeln. Die zur Betätigung der
Kopplungseinrichtung erforderlichen Kräfte sind äußerst gering. Sehr einfache,
pneumatische Huberzeuger reichen aus.
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Es
kann für
jede Stange ein eigener, mit einem Antrieb versehener Stift vorgesehen
sein, wobei diese Antriebe abwechselnd zu betätigen sind. Vorzugsweise sind
jedoch die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Hierbei ist nur
ein Stift mit einem hin- und hergehenden Antrieb erforderlich, der
abwechselnd in ein Loch der einen Stange oder mit seinem anderen
Ende in ein Loch der anderen Stange steckbar ist. Dadurch wird die
Kopplungseinrichtung weiter vereinfacht.
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Der
Antrieb der Stangen kann z.B. elektromotorisch erfolgen, wobei beispielsweise
ein Drehmotor ein Getriebe treibt, aus dem die hin- und hergehenden
Stangenbewegungen kinematisch abgeleitet werden. Vorzugsweise sind
jedoch die Merkmale des Anspruches 5 vorgesehen. Pneumatische Linearantriebe
sind besonders einfach und vor allem für den explosionsgeschützten Bereich
geeignet. Es kann eine einfache, druckluftbetriebene Kolben/Zylindereinheit
zum Antrieb einer Stange vorgesehen sein, die gegen Endanschläge sehr
präzise
arbeitet. Dabei kann die jeweilige Rückwärtsbewegung durch umgekehrte
Druckluftbeaufschlagung oder auf einfache Weise mit einer Rückholfeder
erzeugt werden. Die Kosten und der Wartungsaufwand bei einer solchen
Konstruktion sind äußerst niedrig.
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Vorzugsweise
sind dabei die Merkmale des Anspruchs 6 vorgesehen. Ein solcher
pneumatischer Druckluftantrieb ist aus der JP 58-81205 A und der WO
00/61952 A1 bekannt. Zwischen zwei Endstücken, die einerseits mit dem
Gehäuse
und andererseits mit einer der Stangen zu verbinden sind, erstreckt
sich ein über
eines der Endstücke
druckluftgespeister elastischer Schlauch mit in spezieller Weise kreuzgeflochtenem
Gewebe. Bei Druckluftbeaufschlagung weitet sich der Schlauch und
ver kürzt
sich dadurch. Der Antrieb erzeugt dadurch eine Zugkraft. Die Rückbewegung
muss bei diesem Antrieb durch eine Rückzugfeder erzeugt werden.
Dieser Antrieb kann Hübe
im Bereich einiger Zentimeter und hohe Kräfte auf sehr einfache und kostengünstige Weise pneumatisch
erzeugen.
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In
der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt.
Es zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer Unterspiegel-Flüssigkeitsabfüllmaschine
mit erfindungsgemäßem Linearschrittantrieb
und
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2 einen
Schnitt nach Linie 2-2 in 1.
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Die 1 und 2 zeigen
eine Flüssigkeitsabfüllmaschine 1 mit
einer Fußplatte 2,
auf der auf einer Waage 3 ein zu befüllendes Gefäß 4 aufgestellt ist,
welches mit Flüssigkeit 5 befüllt wird.
Der aktuelle Füllpegel 6 ist
in 1 ersichtlich. An einer, wie 2 zeigt,
als Hohlprofil ausgebildeten Säule 7,
die auf der Fußplatte 2 steht,
ist ein Schlitten 8 gemäß Pfeil 9 höhenverschiebbar
gelagert. Der Schlitten 8 trägt eine Montageplatte 10,
an der ein Füllkopf 11 befestigt
ist. Dieser trägt
einen Füllrüssel 12,
der von oben in den Behälter 4 ragt.
Die abzufüllende
Flüssigkeit 5 wird
dem Füllkopf 11 über einen
Zufuhrschlauch 13 nachgeführt.
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Die
abzufüllende
Flüssigkeit 5 kann
beispielsweise zum Schäumen
neigen oder muß z.B. besonders
ruhig befüllt
werden, um das Abgasen beispielsweise explosiver oder giftiger Dämpfe soweit wie
möglich
zu verhindern. Dazu muss der Füllrüssel 12 durch
entsprechende Höhenbewegung
des Schlittens 8 so bewegt werden, dass er mit seinem unteren,
beispielsweise in üblicher
Weise mit einem Fußventil
versehenen Ende stets in die Flüssigkeit 5 eintaucht.
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Um
die Benetzung der Außenseite
des Füllrüssels 12 mit
der Flüssigkeit 5 gering
zu halten, also um beispielsweise Flüssigkeitsverschleppungen durch
diesen und die spätere
Reinigungsarbeit zu verringern, soll der Füllrüssel 12 dem beim Füllvorgang
ansteigenden Füllpegel 6 nachgeführt werden, um
sicherzustellen, dass das untere Ende des Füllrüssels 12 zwar stets
eingetaucht bleibt, aber nur um eine geringe Länge von beispielsweise wenigen
Zentimetern.
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Wie
die 1 und 2 zeigen, ist der Schlitten 8 mit
vier Rollen 14 in auf der Innenseite der Säule 7 ausgeführten Führungen 15 höhenverschiebbar
und kippsicher gelagert.
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Innerhalb
der Säule 7 ist, über einen
Arm 16 am Schlitten 8 befestigt, ein waagerecht
angeordneter Zylinder 17 einer Kopplungseinrichtung befestigt. Der
Zylinder ist über
Druckluftschläuche 18 nach
außen
an eine nicht dargestellte gesteuerte Druckluftversorgung angeschlossen
und dazu ausgebildet, einen Stift 19 abwechselnd nach links,
wie in 2 gezeigt, oder mit seinem rechten Ende nach rechts
zu schieben.
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In
weiteren Längsführungen 20 in
der Wand der Säule 7 sind
zwei Stangen 21 des in 2 dargestellten
rechteckigen Querschnittes in Richtung des Pfeiles 9, also
in Bewegungsrichtung des Schlittens 8, längsverschiebbar
gelagert. Beide Stangen sind mit einer Reihe von Löchern 22 versehen,
die denselben konstanten Mittenabstand L (1) aufweisen.
An beiden Stangen 21 sind in identischer Ausführung Arme 23 ausgebildet,
die durch Öffnungen 24 der
Säule 7 nach
außen
ragen. Die Öffnungen 24 weisen
Hubbegrenzungsanschläge 25 auf,
die im Ausführungsbeispiel
als gesonderte, am Gehäuse der
Säule 7 befestigte
Anschläge
mit z.B. leicht stoßdämpfenden
Eigenschaften ausgebildet sind und die den Bewegungshub des Armes 23 und
somit der Stange 21 exakt auf einen Hub H begrenzen, der
der Hälfte
des Mittenabstandes L entspricht.
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Jede
der Stangen 21 wird mit einem Linearantrieb in ihrer Führung 20 längsbewegt,
wobei der Linearantrieb, wie dargestellt, außerhalb der Säule 7 angeordnet
sein kann und jeweils am Arm 23 einerseits und an der Säule 7 andererseits
angreift.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist ein "Pneumatischer
Muskel" der Firma
Festo gemäß WO 00/61952
verwendet. Dieser weist zwei Endstücke 26 auf, die einerseits
am Arm 23 der jeweiligen Stange 21 und andererseits
auf der Außenseite
der Säule 7 befestigt
sind. Zwischen den Endstücken 26 erstreckt
sich parallel zur Säule 7 ein
Schlauch 27, der im dargestellten Beispiel der 1 vom
unteren Endstück 26 her
mittels einer Druckluftleitung 28 mit Druckluft versorgbar
ist. Der Schlauch 27 ist auf besondere Weise mit einem
kreuzgeflochtenen Gewebe derart versehen, dass er bei Innendruckbeaufschlagung
sich in die in 1 gestrichelt dargestellte Umfangsform
aufweitet und dabei verkürzt.
Das untere Endstück 26 wird
daher mit der Stange 21 in Richtung nach oben gegen das
obere Endstück 26 gezogen
(in 1 gestrichelt), und zwar bis zur Hubbegrenzung
am oberen Anschlag 25 an der Öffnung 24 der Säule 7.
Der dargestellte Antrieb ist für
eine Rückbewegung
nicht geeignet. Diese wird mit einer Rückholfeder 29 erzeugt,
die für
jede der beiden Stangen 21 am Arm 23 einerseits
und an der Fußplatte 2 andererseits
angreifend angeordnet ist. Für den
Rückhub
kann auch je ein zweiter Linearantrieb vorgesehen sein.
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Die
Druckluftleitungen 28 für
die beiden Schläuche 27 und
die beiden Druckluftleitungen 18 für den Koppelungszylinder 17 sind
an Druckluftsteuereinrichtungen angeschlossen, die wie folgt gesteuert
werden:
Der Koppelungszylinder 17 ist, wie 2 zeigt,
derart angeordnet, dass er den Stift 19 abwechselnd in ein
Loch 22 der linken Stange 21 oder in ein Loch
der rechten Stange 21 stecken kann. Durch entsprechende
Druckluftsteuerung kann er also den Schlitten 8 abwechselnd
mit der einen oder der anderen der beiden Stangen koppeln.
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Durch
abwechselnde Druckluftbetätigung und
Entleerung der beiden Schläuche 27 werden
die Stangen 21 gegenläufig
um den Hub H auf und abbewegt, der dem Mittenabstand der Löcher 22 in
den Stangen 21 entspricht.
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Soll
eine Aufwärtsbewegung
des Schlittens 8 erzeugt werden, so wird der Kopplungszylinder 17 derart
angesteuert, dass er den Stift 19 immer mit der einen Aufwärtshub vollführenden
Stange 21 koppelt und wenn diese am Hubende angelangt ist,
durch Bewegen des Stiftes 19 in die andere Endstellung
mit der anderen Stange 21 koppelt, die gerade am untersten
Punkt ihrer Hubbewegung steht. Der Schlitten wird sodann von der
anderen Stange nach oben mitgenommen und sodann wieder mit der ersten
Stange gekoppelt, um mit dieser den nächsten Hub mitzumachen. Durch
umgekehrte Steuerung des Stiftes 19 kann die Koppelung
so vorgenommen werden, dass der Schlitten 8 stets mit einer
Stange am oberen Hubende gekoppelt wird und mit dieser den Abwärtshub mitmacht,
um sodann mit der anderen Stange in oberer Totpunktstellung gekoppelt
zu werden, um mit dieser den Abwärtshub
mitzumachen.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann eine der Stangen stillstehend, also ohne Antrieb, ausgebildet
sein, womit die Konstruktion erheblich vereinfacht werden kann.
Dann kann der Schlitten durch entsprechende Steuerung des Koppelzylinders 17 mit
der hin- und hergehend angetriebenen Stange gekoppelt werden, um
einen Hub mitzumachen. Anschließend
wird er mit der feststehenden Stange gekoppelt, während die
angetriebene Stange den Rückhub
macht. Sodann wird er wieder mit der angetriebenen Stange gekoppelt,
um den nächsten
Hub in derselben Richtung auszuführen.
Auch dies kann wahlweise in Aufwärts-
oder Abwärtsrichtung
ausgeführt
werden.
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An
Stelle der dargestellten pneumatischen Linearantriebe 26, 27 können andere
pneumatische Linearantriebe, z.B. in Form von Kolben/Zylindereinheiten,
vorgesehen sein. Zum Antrieb beider Stangen kann auch ein einziger
Antrieb vorgesehen sein, aus dessen Bewegung über ein Getriebe geeigneter Kinematik
die gegenläufig
hin- und herlaufenden Bewegungen der beiden Stangen 21 abgeleitet
werden.
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Die
Endanschläge 25 zur
exakten Hubbegrenzung können
entfallen, wenn die Antriebe in sich eine exakte Hubbegrenzung gewährleisten,
z.B. durch Endanschlag eines hin- und herbewegten Kolbens gegen
die Zylinderenden. Selbstverständlich können die
Stangen und der Koppelstift 19 auch elektrisch bewegt und
angesteuert werden, wenn dies von der Arbeitsumgebung ermöglicht wird.
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In
einer weiteren Ausführungsvariante
kann die Kopplungseinrichtung (17, 19) auf andere
Weise derart ausgebildet sein, dass sie zwei unabhängig betätigbare
Zylinder aufweist, die mit getrennten Stiften (19) die
Koppelung zu den Stangen (21) bewirken. Dadurch kann die
Geometrie der Konstruktion abweichend vom in 2 dargestellten
Querschnitt ausgeführt
sein. Die beiden Stifte (19) der beiden Zylinder können beispielsweise
zueinander parallel stehen.