-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatischen Antrieb und ein Verfahren zum Betreiben eines pneumatischen Antriebs.
-
Die Druckschrift
DE 40 01 938 A1 betrifft eine Lineareinheit mit einem Zylinder, einem in einer Bohrung des Zylinders laufenden, druckmittelbetätigten Kolben, einem mit dem Kolben verbundenen und durch Köpfe des Zylinders geführten Betätigungsorgan und mit in die Köpfe eingesetzten Ventilen zum Zu- oder Abführen von Druckmittel in die Bohrung auf beiden Seiten des Kolbens. Das Betätigungsorgan des Kolbens kann ein flexibles Band sein, mit dem der Kolben beidseitig verbunden ist und das über Rollen wieder zur Außenseite des Zylinders geführt wird. Das Band kann mit einem Schlitten verbunden sein, der gegenläufig zum Kolben an der Außenseite des Zylinders läuft. Die Drehung der Rollen wird durch den Hub des Kolbens begrenzt.
-
Die Druckschrift
DE 10 2005 021 182 A1 betrifft einen Druckmittelzylinder mit zwei Kraftübertragungselementen zur Ankopplung einer externen Last und Druckmittelanschlüssen zur Zufuhr und Abfuhr von Druckmittel in die innerhalb einer Bohrung im Körper des Druckmittelzylinders gebildeten Arbeitsräume, mit zwei innerhalb der Bohrung des Druckmittelzylinders angeordneten Kolben, wobei einer der Druckmittelanschlüsse zu einem zwischen den beiden Kolben definierten zentralen Arbeitsraum führt.
-
Die Druckschrift
DE 93 14 711 U1 betrifft ein Handhabungsgerät bestehend aus einer Getriebeeinheit und auswechselbaren Präzionsführungselementen für ein pneumatisch beaufschlagtes Kolbensystem, das die geradlinige Bewegung in eine Drehbewegung umwandelt.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftübertragung eines pneumatischen Antriebs zu verbessern.
-
Diese Aufgabe wird durch Gegenstände nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
-
Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch einen pneumatischen Antrieb gelöst, mit einem pneumatisch beweglichen Kolben, der in einer Zylinderkammer angeordnet ist, und einem Zahnriemenpaar mit gegenüberliegenden Zahnprofilen, zur Kopplung mit der Bewegung des Kolbens, das durch die Zylinderkammer hindurchgeführt ist. Dadurch wird beispielsweise der Vorteil erreicht, dass die Kraft des Kolbens auf das Zahnriemenpaar übertragen werden kann und eine gute Abdichtung der Zylinderkammer an der Eintrittsstelle oder Austrittstelle des Zahnriemenpaars erreicht wird. Außerhalb der Zylinderkammer kann die Kraft über eines der Zahnprofile auf weitere Elemente übertragen werden.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform des pneumatischen Antriebs umfasst der Antrieb zwei Führungsrollen zum Führen zumindest eines Zahnriemens des Zahnriemenpaars durch die Zylinderkammer. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Zahnriemenpaar präzise durch die Zylinderkammer geführt werden kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des pneumatischen Antriebs umfasst eine Führungsrolle einen Freilauf zum Sperren einer Drehrichtung. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein Antrieb in lediglich einer Richtung realisiert werden kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des pneumatischen Antriebs umfasst der Kolben ein in einer Richtung des Zahnriemens verschiebbares Koppelelement zur mechanischen Kopplung umfasst. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Zahnriemenpaar nachgreifend das Zahnriemenpaar in einer Richtung bewegen kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des pneumatischen Antriebs ist das Koppelement ausgebildet, eine Durchtrittsöffnung des Zahnriemenpaars durch den Kolben abzudichten. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Dichtigkeit der Zylinderkammer und die Effizient das Antriebs erhöht wird.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des pneumatischen Antriebs umfasst die Zylinderkammer ein Dichtelement zum Abdichten einer Austrittsstelle des Zahnriemenpaars aus der Zylinderkammer. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass die Dichtigkeit der Zylinderkammer und die Effizienz des Antriebs erhöht wird.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des pneumatischen Antriebs umfasst die Zylinderkammer ein Dichtelement zum Abdichten einer Eintrittsstelle des Zahnriemenpaars in die Zylinderkammer. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass die Dichtigkeit der Zylinderkammer und die Effizienz des Antriebs erhöht wird.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des pneumatischen Antriebs ist das Dichtelement druckverschiebbar gelagert, so dass die Eintrittsstelle oder die Austrittsstelle des Zahnriemenpaars durch ein Verschieben des Dichtelements bei Anlegen eines Druckes in der Zylinderkammer abgedichtet wird. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein Druckverlust an der Eintrittsstelle oder der Austrittsstelle verhindert wird.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des pneumatischen Antriebs ist das Dichtelement gegenüber einem Rechteckprofil des Zahnriemenpaars diagonal verschiebbar angeordnet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Dichtelement einen seitlichen Spalt und gleichzeitig einen oberen Spalt verschließt.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des pneumatischen Antriebs weist das Dichtelement ein C-Profil mit einer rechteckigen Aussparung auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Dichtelement auf einfache Weise eingesetzt werden kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des pneumatischen Antriebs umfasst die Zylinderkammer eine Feder zum Drücken des druckverschiebbaren Dichtelements in eine Mittenlage. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Dichtelement nach einem Druckabbau in der Zylinderkammer wieder in seine Ausgangslage geht.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines pneumatischen Antriebs gelöst, mit den Schritten eines pneumatischen Bewegens eines Kolbens, der in einer Zylinderkammer angeordnet ist, und eines Koppelns der Bewegung des Kolbens mit einem Zahnriemenpaar mit gegenüberliegenden Zahnprofilen, das durch die Zylinderkammer hindurchgeführt ist. Dadurch werden die gleichen technischen Vorteile wie durch den pneumatischen Antrieb nach dem ersten Aspekt erreicht.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens greift das Zahnprofil des einen Zahnriemens in das Zahnprofil des anderen Zahnriemens ein. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine starke Kopplung zwischen den beiden Zahnriemen erreicht wird.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird ein druckverschiebbares Dichtelement derart verschoben, dass die Eintrittsstelle oder die Austrittsstelle des Zahnriemenpaars durch ein Verschieben des Dichtelements bei Anlegen eines Druckes in der Zylinderkammer abgedichtet wird. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass ein Druckverlust an der Eintrittsstelle oder der Austrittsstelle verhindert wird.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das Dichtelement gegenüber einem Rechteckprofil des Zahnriemenpaars diagonal verschoben. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass das Dichtelement einen seitlichen Spalt und gleichzeitig einen oberen Spalt verschließt.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht eines pneumatischen Antriebs;
-
2 eine vergrößerte schematische Ansicht des pneumatischen Antriebs;
-
3A–3C schematische Ansichten eines druckverschiebbaren Dichtelementes; und
-
4 ein Blockdiagramm eines Verfahrens.
-
1 zeigt eine schematische Ansicht eines pneumatischen Antriebs 100. Durch den pneumatischen Antrieb 100 kann eine pneumatische Translation eines Kolbens 101 in eine Rotation umgewandelt werden. Der pneumatische Antrieb 100 ist beispielsweise ein Bestückungsantrieb in Werkzeugmaschinen oder ein Antrieb, der bei widrigen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden kann. Der pneumatische Antrieb 100 kann beispielsweise für einen Hub von 0,5 m bis 4 m flexibel eingesetzt werden.
-
Der pneumatische Antrieb 100 umfasst den pneumatisch beweglichen Kolben 101, der in der Zylinderkammer 103-1 und 103-2 verschiebbar geführt angeordnet ist. Durch Anlegen eines Druckes in der jeweiligen Zylinderkammer 103-1 oder 103-2 verschiebt sich der Kolben 101 in die eine oder die andere Richtung. Weiter umfasst der pneumatische Antrieb ein Zahnriemenpaar 105. Das Zahnriemenpaar 105 umfasst zwei Zahnriemen 117-1 und 117-2 mit gegenüberliegenden Zahnprofilen 109-1 und 109-2, zur Kopplung mit der Bewegung des Kolbens 101. Das Zahnriemenpaar 105 ist durch die Zylinderkammer 103-1, 103-2 hindurchgeführt.
-
Der Zahnriemen 117-1 weist ein erstes Zahnprofil 109-1 auf und der zweite Zahnriemen 117-2 weist ein zweites Zahnprofil 109-2 auf, das in das erste Zahnprofil 109-1 eingreift. Der Zahnriemen 117-2 läuft leer mit. Die den Zahnprofilen 109-1 und 109-2 gegenüberliegenden Seiten der Zahnriemen 117-1 und 117-2 können aus einem reibungsarmen Elastomer gebildet sein. Beide Zahnriemen 117-1 und 117-2 können im Kolben 101 zusammengespannt werden.
-
Zumindest einer der beiden Zahnriemen 117-1 oder 117-2 kann mit dem Kolben 101 fest verbunden sein oder der Kolben 101 kann mit einem verschiebbaren Koppelelement 113 versehen sein, das eine mechanische Kopplung mit zumindest einem der beiden Zahnriemen 117-1 oder 117-2 in lediglich einer Richtung bewirkt. Durch das verschiebbare Koppelelement 113 ist es möglich, das Zahnriemenpaar 105 stoßweise in lediglich einer einzigen Richtung anzutreiben. Dadurch wird eine flexible Kolbenverbindung als Antriebsverbindung erreicht.
-
Durch das Zahnriemenpaar 105 wird ein rechteckiger Querschnitt und eine glatte Außenseite des Übertragungsmittels erreicht, die einfach gegen die Zylinderkammern 103-1 und 103-2 des Zylinders abzudichten ist. Zudem ist es möglich, dass ein Zahnriemen 117-1 oder 117-2 direkt als Förderband verwendet wird.
-
Die Kraftübertragung auf die Führungsrolle 107-1 erfolgt über den Zahnriemen 117-1, dessen Zahnprofil 109-1 über eine Führungsrolle 107-1 mit einem komplementären Zahnprofil läuft. Dadurch können höhere Kräfte als bei einem zahnlosen Riemen auf die Führungsrolle 107-1 übertragen werden. Sowohl die beiden Führungsrollen 107-1 und 107-2 als auch ein Gehäuseabschnitt 119 kann als Festlager für die Zahnriemen 117-1 und 117-2 verwendet werden. Eine Ausführung als Rolle ist ebenfalls möglich.
-
Zumindest eine der beiden Führungsrollen 107-1 oder 107-2 kann mit einem Freilauf versehen sein, der eine Drehrichtung der Führungsrollen 107-1 oder 107-2 sperrt, so dass ein Transport des Zahnriemenpaars 105 in lediglich einer Richtung ermöglicht wird. Mit dem Freilauf in einer Richtung der Führungsrollen 107-1 oder 107-2 wird zudem eine Kapselung über ein äußeres Gehäuse 121 ermöglicht, so dass der pneumatische Antrieb 100 in kritischen Anwendungen mit hohen Korrosionsbeständigkeitsklassen eingesetzt werden kann.
-
Die Eintrittsstelle des Zahnriemenpaars 105 in die Zylinderkammer 103-2 ist mit einem Dichtelement 111-2 abgedichtet, so dass ein Entweichen des Pneumatikmediums verhindert wird. Die Austrittsstelle des Zahnriemenpaars 105 aus der Zylinderkammer 103-1 ist ebenfalls mit einem Dichtelement 111-2 abgedichtet, so dass ein Entweichen des Pneumatikmediums verhindert wird.
-
Der Antrieb ist von dem Gehäuse 121 umschlossen. Aus dem Gehäuse 121 ragt eine Welle 123 mit einem Antriebsrad 125, durch das das erzeugte Drehmoment übertragen werden kann. Die Welle 123 verbindet die Führungsrolle 107-1 mit dem Antriebsrad 125.
-
2 zeigt eine vergrößerte schematische Ansicht des pneumatischen Antriebs 100 im Bereich der Zylinderkammern 103-1 und 103-2. Das Dichtelement 111-2 ist druckverschiebbar gelagert, so dass die Eintrittsstelle oder die Austrittsstelle des Zahnriemenpaars 105 an der Öffnung 129 durch ein Verschieben des Dichtelements 111-2 bei Anlegen eines Druckes in der Zylinderkammer 101 abgedichtet wird. Die Verschiebung des Dichtelementes 111-2 erfolgt senkrecht zum Verlauf des Zahnriemenpaars 105.
-
Ist die Zylinderkammer 103-2 nicht mit einem Druck beaufschlagt (links), wird das Dichtelement 111-2 durch die Feder 115 in die obere Position gedrückt. Das Zahnriemenpaar 105 kann ohne Reibung durch die Öffnung 129 der Eintrittsstelle laufen.
-
Sobald ein entsprechender Druck in der Zylinderkammer 103-2 entsteht (rechts), wird der Kolben 101 zur Seite gedrückt. Zusätzlich übt der Druck in der Zylinderkammer 103-2 eine Kraft auf einen verschiebbaren Stößel 127 aus. Zuerst wird dabei der Stößel 127 bewegt und anschließend der Kolben 101. Durch diesen Stößel 127 wird das Dichtelement 111-2 diagonal verschoben, so dass Spalten um das Zahnriemenpaar 105 herum verschlossen werden.
-
Sobald der Druck in der Zylinderkammer 103-2 nachlässt, vermindert sich die Kraft auf den Stößel 127 und das Dichtelement 111-2 bewegt sich durch den Druck der Feder 115 wieder in eine Mittenlage.
-
3A bis 3C zeigen schematische Ansichten des druckverschiebbaren Dichtelementes 111-2 in Blickrichtung des Zahnriemenpaars 105 bei der Verschiebung.
-
Das Dichtelement 111-2 weist mittig eine rechteckige, seitlich geöffnete Aussparung 131 auf, so dass eine C-Form entsteht, die um das Zahnriemenpaar 105 angeordnet ist. Das Dichtelement 111-2 weist in der Aussparung 131 abgerundete Ecken auf, die der Außenkontur des Zahnriemenpaars 105 entsprechen. Das Dichtelement 111-1 ist entsprechend ausgeformt.
-
Das Dichtelement 111-2 ist beispielsweise durch eine Zweischeibendichtung aus reibungsarmen Kunststoff zur Paarung mit der Oberfläche des Zahnriemenpaars 105 gebildet. Die Oberfläche der Zahnriemen 117-1 und 117-2 kann beispielsweise aus einem reibungsarmen Elastomer gebildet sein.
-
3A zeigt eine Sicht auf die Zylinderkammer 103-2 von außen in Blickrichtung des Zahnriemenpaars 105. Ist die Zylinderkammer 103-2 drucklos, befindet sich das Dichtelement 111-2 in einer Position, in der das Zahnriemenpaar 105 durch die Öffnung 129 gleiten kann, ohne das Dichtelement 129 zu berühren.
-
3B zeigt eine schematische Ansicht der Zylinderkammer 103-2 mit dem Stößel 129 und der Feder 115. Solange kein Druck in der Druckkammer 103-2 anliegt, wird das Dichtelement 111-2 durch die Feder 115 in dessen mittiger Ausgangslage gehalten. Das Zahnriemenpaar 105 kann mit einem geringen Widerstand durch die Öffnung 129 laufen.
-
3C zeigt eine schematische Ansicht der Zylinderkammer 103-2 mit dem Stößel 129 und der Feder 115. Sobald Druck an der Zylinderkammer 103-2 anliegt, drückt der Stößel 129 das Dichtelement 111-2 in diagonaler Richtung zum Querschnitt des Zahnriemenpaars 105. Die Feder 115 wird bei dieser Bewegung komprimiert. Dadurch schließen sich der obere und rechte Spalt und das Zahnriemenpaar 105 wird an die untere und linke Kante der Öffnung 129 gedrückt.
-
4 zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines pneumatischen Antriebs. Das Verfahren umfasst den Schritt S101 eines pneumatischen Bewegens des Kolbens 101, der in der Zylinderkammer 103-1 und 103-2 angeordnet ist. Zudem umfasst das Verfahren den Schritt S102 eines Koppelns S102 der Bewegung des Kolbens 101 mit dem Zahnriemenpaar 105 mit gegenüberliegenden Zahnprofilen 109-1 und 109-2, das durch die Zylinderkammer 103-1 und 103-2 hindurchgeführt ist.
-
Die Zahnriemen 117-1 und 117-2 können direkt mit dem Kolben 101 verbunden werden, d.h. beispielsweise ohne den Einsatz von Kolbenstangen oder Führungsbändern. Eine flexible Verbindung des Kolbens 101 kann hubabhängig durch einfaches Abschneiden angepasst werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Antrieb
- 101
- Kolben
- 103
- Zylinderkammer
- 105
- Zahnriemenpaar
- 107
- Führungsrolle
- 109
- Zahnprofil
- 111
- Dichtelement
- 113
- Koppelelement
- 115
- Feder
- 117
- Zahnriemen
- 119
- Gehäuseabschnitt
- 121
- Gehäuse
- 123
- Welle
- 125
- Antriebsrad
- 127
- Stößel
- 129
- Öffnung
- 131
- Aussparung
