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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Druckmittelzylinder, der nach
Art eines kolbenstangenlosen Schlitzzylinders mit einem Zylinderrohr ausgebildet
ist, welcher einen axial beweglichen mit einer Kraft beaufschlagbaren
Kolben aufnimmt, wobei das Zylinderrohr mit einem Längsschlitz
ausgebildet ist, und wobei ein Verfahrelement auf einer Außenseite
des Zylinderrohres angeordnet ist, welches in Richtung der Längsachse
des Zylinderrohres beweglich ist, wobei ein Übertragungsmittel zwischen dem
Verfahrelement und dem Kolben angeordnet ist, um die Axialbewegung
vom Kolben innerhalb des Zylinderrohres durch den Längsschlitz
auf das Verfahrelement zu übertragen.
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Druckmittelzylinder,
welche als kolbenstangenlose Zylinder ausgebildet sind, umfassen
einen Kolben, welcher axial beweglich innerhalb des Zylinderrohres
angeordnet ist. Der Kolben wird durch ein Druckmittel beaufschlagt,
wobei die Bewegung des Kolbens zur Außenseite des Zylinders übertragen werden
muss. Demzufolge ist auf der oberen Seite des Zylinders ein Verfahrelement
angeordnet, auf welches die Bewegung übertragen wird. Das Verfahrelement
ist so ausgebildet, dass es jede Art von mechanischer Verbindung
aufzunehmen vermag, um die Bewegung auf das mechanische System zu übertragen,
in welchem der Druckmittelzylinder angewendet wird.
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Das
Zylinderrohr des Druckmittelzylinders ist als längliches Bauteil mit einem
gleichförmigen
Querschnitt ausgebildet, und besteht beispielsweise aus einer Aluminium-Profilstruktur, welche
vorzugsweise mittels Extrusion hergestellt ist. Darüber hinaus
weist die Aluminium-Profilstruktur mehrere Flächen auf, welche mittels spanenden
Verfahren hergestellt sind. Aufgrund der verschiedenen spanabnehmenden
Bearbeitungsvorgänge
ist die Genauigkeit der Ausrichtung zwischen den verschiedenen Oberflächen auf enge
Toleranzen begrenzt. Beispielsweise wird die Führung des Kolbens innerhalb
des Zylinders durch eine erste spanende Bearbeitung hergestellt,
wobei die Führungsbahnen
zur Führung
des Verfahrelementes auf der Oberseite des Zylinders durch einen zweiten
Bearbeitungsvorgang in einer zweiten Maschinenaufspannung erstellt
ist. Aufgrund dieser Tatsache entstehen Abweichungen zwischen der
Ausrichtung der Kolbenführung
innerhalb des Zylinderrohres und der Führungsmittel auf der Außenseite des
Zylinderrohres. Deshalb ist ein Kraftübertragungsmittel erforderlich,
welches so ausgebildet ist, um die Abweichungen innerhalb dieser
verschiedenen Ausrichtungen auszugleichen, wenn der Kolben bzw.
das Verfahrelement durch eine Druckbeaufschlagung des Kolbens verfährt.
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Ein
Druckmittelzylinder der eingangs genannten Art ist aus der Druckschrift
US 4,664,019 bekannt. In
diesem Dokument ist ein Druckmittelzylinder offenbart, welcher ein
länglich ausgebildetes
Zylinderrohr mit einem Längsschlitz
umfasst und einen Kolben aufweist, welcher als kraftaufnehmendes
Element ausgebildet ist und in Längsrichtung
gleitend innerhalb des Zylinderohres angeordnet ist, wobei ein Übertragungsmittel
vorgesehen ist, welches längs beweglich
innerhalb des Zylinderrohres angeordnet ist, wobei ferner Führungsmittel
auf der Außenseite des
längs ausgebildeten
Zylinderrohres vorgesehen sind. Ein externes Führungselement ist auf der Außenseite
des Zylinderrohres angeordnet und dient zur Übertragung der Bewegung innerhalb
des Führungsmittels,
wobei zumindest eine jochförmige
Anordnung einen Teil des Umfangs der Struktur umgreift. Der Druckmittelzylinder
umfasst weiterhin Aufnahmemittel, welche zwischen dem Führungselement
und dem Kraftübertragungselement
zur Anbindung des Kraftübertragungselementes
an das Führungselement
zur Verbindung zur Längsbewegung entlang
des länglich
ausgebildeten Zylinderrohres nach Aufbringung einer Kraft auf das
Kraftübertragungsmittel
und dem Führungselementen überträgt. Eines
dieser Elemente erstreckt sich durch den Schlitz, wobei dem Verbindungsmittel
ermöglicht
ist, Rotationsbewegungen zwischen dem externen Führungselement zu übertragen,
welches in der den Führungsbahnen
geführt
und mit Kraftübertragungselementen
innerhalb der Struktur verbunden ist. Damit ist eine unabhängige Ausrichtung
der Führungselemente
auf den Führungsmitteln
und dem Kraftübertragungselement
in der Struktur ermöglicht.
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Nachteilhafterweise
gestattet das Übertragungsmittel
lediglich Drehbewegungen um die vertikale Achse, was bedeutet, dass
nur Gierbewegungen ausgeglichen werden können. Damit entsteht das Problem,
dass Bewegungen in einer transversalen Richtung nicht ausgeglichen
werden können.
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Die
EP 0 914 562 B1 offenbart
einen kolbenstangenlosen Linearantrieb, mit einem in Längsrichtung
verlaufenden Gehäuse,
innerhalb dessen ein Antriebsteil längs bewegbar angeordnet ist
und eine in den Gehäuseinnenraum
mündende,
schlitzähnliche
Längsöffnung vorgesehen
ist, die in Längsrichtung
beiderseits von jeweils einem von einem Teil des Gehäuses gebildeten
Gehäuseschenkel
flankiert ist, wobei am Antriebsteil ein durch die Längsöffnung hindurch
nach außen
ragendes Mitnehmerteil angeordnet ist, das außerhalb des Gehäuses mit
einem Schlitten bewegungsgekoppelt ist. Dieser ist mittels einer
Führungseinrichtung
relativ zum Gehäuse
in Längsrichtung
bewegbar geführt
und in Querrichtung abgestützt,
wobei einer der beiden Gehäuseschenkel in
Tiefenrichtung der Längsöffnung über diese
hinaus verlängert
ist. Der dem anderen Gehäuseschenkel zugewandte
Seite seines Verlängerungsabschnittes trägt die Führungseinrichtung
mit dem Schlitten. Der andere Gehäuseschenkel ist vom Schlitten
belastungsmäßig entkoppelt,
wobei der Schlitten an der dem kurzen Gehäuseschenkel entgegengesetzten Längsseite über einen
Schlittenschenkel verfügt,
der vor die in Längsrichtung
verlaufende freie Endpartie des Verlängerungsabschnittes ragt, und/oder
wobei die Führungseinrichtung
eine sich in Längsrichtung des
Gehäuses
erstreckende und einstückig
mit dem Verlängerungsabschnitt
ausgebildete Führungsschiene
enthält.
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Obwohl
die Anordnung ermöglicht,
verschiedene Freiheitsgrade auszugleichen, weist diese einen sehr
komplizierten konstruktiven Aufbau auf, und beansprucht einen großen Konstruktionsraum.
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Die
EP 1 182 359 B1 offenbart
einen kolbenstangenlosen Linearantrieb mit einem länglichen
Gehäuse,
das einen Aufnahmeraum für
ein axial bewegliches Antriebsteil aufweist, das über einen
den Längsschlitz
des Gehäuses
durchsetzenden Mitnehmer mit einem Führungsschlitten bewegungsgekoppelt
ist, der an einer Linearführung,
die zwei in einer Längsrichtung
seitwärts
zu entgegengesetzten Längsseiten
des Gehäuses
weisende Führungsabschnitte
aufweist, außen
am Gehäuse
in dessen Längsrichtung
verstellbar geführt
ist. Dabei ist der Längsschlitz
derart angeordnet, dass seine Schlitzebene schräg zu der von der Querrichtung
und der Längsrichtung
aufgespannten Führungsebene
der Linearführung
verläuft,
wobei seine äußere Schlitzöffnung der
Führungsebene
zugewandt ist.
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Zwar
kann die Konstruktion Abweichungen in der Ausrichtung der Führung des
Kolbens innerhalb des Zylinderrohres und des Verfahrelementes auf
der Außenseite
des Zylinderrohres ausgleichen, jedoch ist die Verbindung zwischen
dem Übertragungsmittel
und dem Kolben sehr aufwendig ausgestaltet und zeigt einen großen konstruktiven
Aufwand. Ein weiterer Nachteil ist die Dichtung der Zylinderkammer,
innerhalb welcher der Kolben läuft,
wobei das äußere Dichtband
in zwei Teile geteilt werden muss. Weiterhin führt das angewinkelte Transferelement
in Bezug auf den Querschnitt des Zylinderrohres zu einer Vergrößerung der
Abmessung des Zylinderrohres, so dass der effektive Querschnitt,
welcher mit einem Druckmittel druckbeaufschlagbar ist, vergleichsweise
klein wird in Bezug auf die Abmessungen des Querschnitts des gesamten
Druckmittelzylinders.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Druckmittelzylinder
mit einer Verbindung zwischen dem Kolben und dem Verfahrelement zu
schaffen, welche einen hohen Freiheitsgrad und kleine Abmessungen
aufweist.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einem Druckmittelzylinder gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung schließt
die technische Lehre ein, dass ein Drehelement zwischen dem Übertragungsmittel
und dem Verfahrelement angeordnet ist, wobei das Drehelement eine
zylinderförmige
oder eine sphärische
Kontur aufweist, um innerhalb einer zylindrischen oder sphärischen
Vertiefung aufgenommen zu sein, welche innerhalb des Übertragungsmittels
oder des Verfahrelementes angeordnet ist, wobei das Verfahrelement
oder das Übertragungsmittel
mit einer Führungsfeder
ausgebildet ist, welche in eine Quernut des Drehelements in transversaler
Richtung relativ zur Längsachse
eingreift, um eine voneinander unabhängige Ausrichtung zwischen
dem Verfahrelement und dem Übertragungsmittel
zu schaffen.
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Als
Folge dieser Anordnung ist das Drehelement in einer Rotationsrichtung
drehbar innerhalb einer zylindrischen Vertiefung aufgenommen, wobei zusätzlich die
Führungsfeder,
welche in die Quernut eingreift, in vertikaler Richtung sowie in
transversaler Richtung beweglich ist. Das Prinzip der Verbindung ist
ziemlich einfach: Der Kolben ist in Längsrichtung durch eine Druckbeaufschlagung
der Druckmittelkammer beweglich, wobei die Kraft, welche zu übertragen
ist, nur in Längsrichtung
wirkt, so dass die Bewegung zwischen dem Drehelement und der Führungsnut übertragbar
ist, da die Führungsfeder
sich in transversaler Richtung erstreckt und eine Flanke aufweist,
welche kraftbeaufschlagbar ist. Dieses Prinzip funktioniert in beiden
Richtungen, wobei sich gleichzeitig das Drehelement innerhalb der
zylindrischen Vertiefung drehen kann.
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Neben
der Bewegung in vertikaler Richtung durch eine Rotation innerhalb
der zylindrischen Vertiefung ist es der Führungsfeder ermöglicht,
vertikale Bewegungen in Vertikalrichtung auszuführen, was bedeutet, dass die
Führungsfeder
innerhalb des Drehelementes „tanzen" oder „schwingen" kann, während der
Kolben und/oder das Verfahrelement sich bewegen. Mittels dieser
Freiheitsgrade ist zusätzlich die
Rotation und der Ausgleich der vertikalen Abweichung in der Ausrichtung
ermöglicht.
Aufgrund der Möglichkeit
der Bewegung der Führungsfeder
innerhalb der Quernut im Drehelement in Transversalrichtung ist
neben dem Freiheitsgrad der Rotation und des vertikalen Freiheitsgrades
ein transversaler Freiheitsgrad geschaffen. Unabhängig der
Position der Führungsfeder
innerhalb der Quernut ist eine Übertragung
der Kraft möglich,
da die Führungsfeder
mit einer Länge
in die Quernut eingreift, welche wesentlich größer als der Betrag der Abweichungen
ist.
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Vorteilhafterweise
ist das Drehelement aus einem Kunststoffteil hergestellt, um einen
Dämpfungseffekt
zwischen dem Verfahrelement und dem Übertragungsmittel zu schaffen.
Geeignete Kunststoffmaterialien können in Polypropylen, Polyethylen, Polycarbonat,
Polymethylmetacrylat, Stirol-Acryl-Nitril oder jedem anderen synthetischen
Material gesehen werden, welche eine Nachgiebigkeit aufweisen, die
die Anforderung der Dämpfung entsprechen.
Als alternatives Material kann eine Bronze oder Aluminiumbronze
vorgesehen werden, wodurch die Reibpaarung optimale Eigenschaften
bietet, und wobei der Dämpfungseffekt
auf ein Minimum reduziert ist.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Längsschlitz mittels eines äußeren Dichtbandes
abgedichtet ist, wobei zumindest zwei Bandführungsmittel am Übertragungsmittel
angeordnet sind, um eine Führung des äußeren Dichtbandes
zwischen dem Kolben und dem Übertragungsmittel
zu schaffen. Führungsmittel sind
an dem Übertragungsmittel
in Längsrichtung
direkt oberseitig über
dem Längsschlitz
angeordnet. Das äußere Dichtband
muss zwischen dem Übertragungsmittel
und dem Kolben geführt
werden, so dass die Führungsmittel
eine Umlenkung des äußeren Dichtbandes
aus dem Längsschlitz
bieten. Zusätzlich können die
Führungsmittel
ein Dämpfungselement umfassen,
welches notwendig ist, wenn dass Übertragungsmittel die Endseiten
des Zylinderrohres berühren,
an denen Endelemente angeordnet sind. Ein weiteres Merkmal der Führungsmittel
kann ein Abstreifmittel betreffen, um Verunreinigungen oder jede andere
Art von Partikeln vom inneren Dichtband unterhalb des Übertragungsmittels
abzustreifen.
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Vorteilhafterweise
weist das Übertragungsmittel
eine plane, flach ausgebildete Struktur mit einem Mittelbereich
mit einem breiteren Strukturbereich auf, in welchem die zylindrische
Vertiefung angeordnet ist. Zusätzlich
weist das Verfahrelement einen Vertiefungsbereich angrenzend an
die Führungsfeder
auf, wobei sich der breitere Strukturbereich in den Vertiefungsbereich
hinein erstreckt, wenn das Verfahrelement auf dem Übertragungsmittel
montiert ist. Im montierten Zustand des Verfahrelementes an die Übertragungsmittel
sind beide Elemente dicht aufeinanderliegend angeordnet. Um eine flache
Gesamthöhe
des Druckmittelzylinders zu schaffen, ist das Übertragungsmittel als Frästeil ausgebildet,
welches mittels entsprechender spanender Fertigungsverfahren hergestellt
ist. Der Vertiefungsbereich umschließt die Führungsfeder, wobei gesagt werden
kann, dass die Führungsfeder
durch den Vertiefungsbereich konturiert ist. Der Vertiefungsbereich ist
jeweils als rechtwinklige Vertiefung ausgebildet, welche in einer
transversalen Richtung auf der Bodenseite des Verfahrelementes angeordnet
ist. Zwischen den beiden rechteckigen Vertiefungen ist die Führungsfeder
ausgebildet, wobei beide breiteren Strukturbereiche des Übertragungsmittels
in die Vertiefungsbereiche hineinragen. Sowohl das Verfahrelement
als auch das Übertragungsmittel
weisen eine symmetrische Form in Längsrichtung auf, was bedeutet,
dass ebenso der Vertiefungsbereich und der breitere Strukturbereich
symmetrisch ausgebildet sind.
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Um
das Übertragungsmittel
mit dem Kolben zu verbinden, ist dieses an den Kolben durch Schraubenelemente
angeschraubt, so dass eine lösbare Befestigung
beider Teile realisiert ist. Alternativ kann das Übertragungsmittel
und der Kolben auch als eine einteilige Konstruktion ausgeführt sein,
so dass das Übertragungsmittel
und der Kolben ein Einzelteil bilden. Die Verschraubungsrichtung
kann von der Oberseite des Übertragungselementes
vorgesehen sein, wobei der Abstand zwischen dem Kolben und dem Übertragungsmittel
notwendig ist, um das äußere Dichtband
durch diese Beabstandung zu führen. Es
kann beabsichtigt sein, dass das Drehelement an dem Übertragungsmittel
durch ein Verbindungselement befestigt wird. Dieses Element kann
als ein Schraubenelement ausgeführt
sein, welches entlang der Vertikalrichtung verläuft. Damit wird die Möglichkeit
der Drehung des Drehelementes erhalten, wobei das Schraubenelement
entsprechend leicht festgezogen wird.
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Entsprechend
eines weiteren Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung kann das Zylinderrohr ein Führungsmittel
zur Führung
des Verfahrelementes in Längsrichtung
aufweisen, wobei die Verbindung zwischen dem Verfahrelement und
dem Übertragungsmittel
lediglich auf das Drehelement begrenzt ist. Das bedeutet, dass die
einzige Verbindung zwischen beiden Teilen durch das Drehelement erfolgt,
so dass die gesamte Kraftübertragung über dieses
Element geleitet wird. Vorteilhafterweise kann die zylindrische
Vertiefung zwei Unterbrechungen in Transversalrichtung aufweisen,
sodass dieses lediglich durch zwei sichelförmige Bereiche ausgebildet ist,
um das Drehelement aufzunehmen und zu ermöglichen, dass die Führungsfeder
durch die Unterbrechung in transversaler Richtung hindurchragen kann.
Aufgrund der Unterbrechungen innerhalb der zylindrischen Vertiefung
kann die Länge
der Führungsfeder
größer sein
als der Durchmesser der zylindrischen Vertiefung. Die Führungsfeder
erstreckt sich über
der gesamten Breite des Übertragungsmittels,
wobei die Länge
der Führungsfeder
größer sein kann
als der Durchmesser der zylindrischen Vertiefung und/oder des Drehelementes.
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Weitere
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
sind in den Unteransprüchen
angegeben oder werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der
Erfindung anhand der Figuren näher
dargestellt. Es zeigt:
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1 eine
Ansicht eines Druckmittelzylinders in einer Explosionszeichnung;
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2 eine
Seitenansicht des Druckmittelzylinders, wobei der Querschnitt das
Drehelement zwischen dem Verfahrelement und dem Übertragungsmittel zeigt; und
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3 eine
perspektivische Ansicht des Druckmittelzylinders.
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Der
Druckmittelzylinder 1 in 1 ist in
einer Explosionszeichnung gezeigt. In dem Zylinderrohr 10 ist
ein Kolben 13 angeordnet, wobei der Kolben 13 innerhalb
des Zylinderrohres 10 entlang der Längsachse 19 beweglich
ist. Die Bewegung des Kolbens 13 wird durch eine Druckbeaufschlagung
der Druckkammern angrenzend an dem Kolben 13 erzeugt, wobei die
Kraft der Bewegung auf ein Verfahrelement 12 übertragen
werden muss. Das Verfahrelement 12 ist auf der Oberseite
des Zylinderrohres 10 angeordnet und direkt über dem Übertragungsmittel 14 positioniert.
Das Übertragungsmittel 14 ist
mit dem Kolben 13 verbunden, wobei die Verbindung als Festkörperverbindung
ausgeführt
ist. Um eine Verbindung zwischen dem Verfahrelement 12 und
dem Übertragungsmittel 14 zu
schaffen, ist ein Drehelement 15 innerhalb einer zylindrischen
Vertiefung 16 angeordnet, welche innerhalb eines breiteren
Strukturbereiches 21 ausgebildet ist, einen Teil des Übertragungsmittels 14 bildet.
Aufgrund der zylindrischen Vertiefung 16, in der das Drehelement 15 eingesetzt
ist, ist die Verbindung als formschlüssige Verbindung ausgeführt, wobei
das Drehelement 15 so ausgeführt ist, das es Rotationsbewegungen
in einer Rotationsrichtung I, und vertikale Hubbewegungen in einer
Vertikalrichtung III ausführen
kann. Das Übertragungsmittel 14 ist
innerhalb eines Längsschlitzes 11 angeordnet,
und weist eine symmetrische Form in Längsrichtung auf. Auf der Oberseite
des Drehelementes 15 ist eine Quernut 17 eingebracht,
um eine formschlüssige
Verbindung zwischen Drehelement 15 und dem Verfahrelement 12 zu
bilden. Die Quernut 17 erstreckt sich in einer transversalen
Richtung gegenüber
der Längsachse 19,
so dass dem Verfahrelement 12, welches in der Quernut 17 eingebracht
ist, ermöglicht
ist, eine Bewegung in der Transversalrichtung auszuführen.
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2 zeigt
eine Querschnittansicht eines Druckmittelzylinders 1 entsprechend
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Der Druckmittelzylinder 1 ist
deshalb quergeschnitten, um die Verbindung zwischen dem Übertragungsmittel 14 und
dem Verfahrelement 12 darzustellen. Das Übertragungsmittel 14 weist
einen breiten Strukturbereich 21 auf, welcher auf der linken
und auf der rechten Seite der Führungsfeder 18 angeordnet
ist. Zwischen den breiteren Strukturbereichen 21 und der
Führungsfeder 18 ist
das Drehelement 15 angeordnet, welches eine Führungsfeder 18 zeigt,
die sich durch die Quernut im Drehelement 15 hindurch erstreckt. Das
Verfahrelement 12 besitzt links und rechts von der Führungsfeder 18 jeweils
einen Vertiefungsbereich 22, in welchen sich der breitere
Strukturbereich 21 des Übertragungsmittels 14 hinein
erstreckt. Das ermöglicht
eine Anordnung des Verfahrelementes 12 auf der Oberfläche des Übertragungsmittels 14,
so dass der Raumbedarf minimal ist. Der Kolben 13 ist innerhalb
des Zylinderrohres 10 in Längsrichtung 19 beweglich,
wobei die Verbindung zwischen dem Kolben 13 und dem Übertragungsmittel 14 nicht
gezeigt ist. Das Übertragungsmitel 14 besitzt
Führungsmittel 20 auf
der linken und rechten Seite, welche dazu gedacht sind, das äußere Dichtband
umzulenken, welches ebenfalls nicht gezeigt ist. Das Zylinderrohr 10 ist
an beiden Endseiten durch ein Endelement verschlossen, wobei die
Endelemente je ein Dämpfungselement
aufweisen, um die Bewegung des Verfahrelementes zu dämpfen, wenn
das Verfahrelement die jeweilige Endposition erreicht.
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In 3 ist
eine perspektivische Ansicht des Druckmittelzylinders 1 gezeigt,
wobei das Verfahrelement 12 angrenzend an ein erstes Endelement
angeordnet ist. 3 zeigt, dass das Verfahrelement 12 auf
der Oberseite des Zylindenohres 10 angeordnet ist, und
es ist zwischen einem ersten Endelement und einem zweiten Endelement
beweglich. Um eine Dichtung des Längsschlitzes 11 des
Druckmittelzylinders 1 zu erreichen, deckt ein Dichtband
den Bereich des Zylinderschlitzes ab.
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- 1
- Druckmittelzylinder
- 10
- Zylinderrohr
- 11
- Längsschlitz
- 12
- Verfahrelement
- 13
- Kolben
- 14
- Übertragungsmittel
- 15
- Drehelement
- 16
- Vertiefung
- 17
- Quernut
- 18
- Führungsfeder
- 19
- Längsachse
- 20
- Führungsmittel
- 21
- breiter
Strukturbereich
- 22
- Vertiefungsbereich
- I
- Rotationsrichtung
- II
- Transversalrichtung
- III
- Vertikalrichtung