DE102019202898A1

DE102019202898A1 - Antriebssystem

Info

Publication number: DE102019202898A1
Application number: DE102019202898.5A
Authority: DE
Inventors: Simon Markowski; Marc Hauck
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2020-09-10
Also published as: KR20210134894A; WO2020178158A1; US20220143840A1; CN113474128A

Abstract

Es wird ein Antriebssystem (1) vorgeschlagen, das insbesondere als Roboter (1a) ausgebildet ist und das über einen fluidbetätigten Linearantrieb (2) verfügt, an dessen zu einer Antriebsbewegung (8) antreibbarer Antriebseinheit (7) eine elektrisch und fluidisch betätigbare Arbeitseinheit (3) montiert ist. Der Linearantrieb (2) ist mit einer Steuerventileinrichtung (16) ausgestattet, die durch eine interne elektronische Steuereinrichtung (32) ansteuerbar ist, um die Antriebseinheit (7) zu bewegen. An die interne elektronische Steuereinrichtung (32) sind zwei Antriebsdruck-Sensoreinrichtungen (113) und eine Wegmesseinrichtung (114) angeschlossen, sodass eine positionsgeregelte Betätigung der Antriebseinheit (8) möglich ist. Das Antriebssystem (1) enthält außerdem eine biegeflexible Stromkabelanordnung (97) und eine biegeflexible Fluidschlauchanordnung (95), die an der Antriebseinheit (7) fixiert sind und zur elektrischen und fluidischen Versorgung der Arbeitseinheit (3) dienen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem, mit einem Linearantrieb, der ein Antriebsgehäuse und eine diesbezüglich unter Ausführung einer linearen Antriebsbewegung in der Achsrichtung einer Längsachse des Linearantriebes verfahrbare und in unterschiedlichen Hubpositionen positionierbare Antriebseinheit aufweist, wobei die Antriebseinheit über einen außerhalb des Antriebsgehäuses zugänglichen Abtriebsabschnitt verfügt, der sich bei der Antriebsbewegung entlang eines Hubweges bewegt und der eine Montageschnittstelle aufweist, die zur Anbringung einer durch die Antriebsbewegung des Antriebseinheit linear verfahrbaren Arbeitseinheit ausgebildet ist.
Ein aus der GB 2481249 A bekanntes Antriebssystem dieser Art ist als SCARA-Roboter ausgebildet und enthält einen vertikal ausgerichteten Linearantrieb mit einem zu einer vertikalen Antriebsbewegung antreibbaren Antriebseinheit. Der Linearantrieb ist von einem elektrisch betätigbaren Typ und enthält als Antriebsquelle einen elektrischen Direktantrieb. Die Antriebseinheit hat einen außerhalb des Antriebsgehäuses angeordneten Abtriebsabschnitt, an dem eine als Roboterarm fungierende Arbeitseinheit angeordnet ist. Durch die Antriebsbewegung der Antriebseinheit kann die Arbeitseinheit in unterschiedlichen Arbeitspositionen positioniert werden. Die Arbeitseinheit enthält mehrere elektrische Aktoreinrichtungen, die von elektrischen Drehantrieben gebildet sind und als aktive Gelenke des Roboterarms fungieren.
Die US 6,068,442 offenbart einen SCARA-Roboter mit einem in einer Horizontalebene schwenkbaren Roboterarm, der an seinem äußeren Ende einen vertikal verfahrbaren Rohrkörper trägt, der mit einem Elektromotor und einer von dem Elektromotor antreibbaren Abtriebswelle bestückt ist.
Aus der DE 10 2016 222 255 B3 ist ein Roboter bekannt, der ein Grundgestell mit einem vertikal verfahrbaren Schlitten aufweist, wobei an dem Schlitten ein horizontal abstehender, über mehrere Gelenke verfügender Roboterarm angebracht ist. Der Schlitten und somit der Roboterarm können durch einen Elektromotor in ihrer Höhenlage positioniert werden.
Die EP 1 125 693 A1 beschreibt ein parallelkinematisches System mit mehreren vertikal ausgerichteten Linearantrieben, die jeweils einen vertikal verfahrbaren Läufer aufweisen, wobei an den mehreren Läufern über ein Gestänge ein Endeffektor angeordnet ist. Die Linearantriebe sind fluidisch betätigbar und verfügen über Positionserfassungsmittel zur Erfassung der Position des zugeordneten Läufers zwecks einer wunschgemäßen Positionierung des Endeffektors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zur Grunde, ein Antriebssystem zu schaffen, das bei kostengünstigem Aufbau und kompakten Abmessungen eine exakte variable Positionierung einer insbesondere als Roboterarm nutzbaren Arbeitseinheit ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Antriebssystem zusätzlich zu den eingangs genannten Merkmalen dadurch aus,

- (a) dass der Linearantrieb ein doppelwirkender fluidbetätigter Linearantrieb ist, dessen Antriebseinheit über einen in dem Antriebsgehäuse angeordneten und mit dem Abtriebsabschnitt bewegungsgekoppelten Antriebskolben verfügt, der in dem Antriebsgehäuse zwei Antriebskammern axial voneinander abteilt, die zum Bewegen und Positionieren der Antriebseinheit gesteuert mit einem fluidischen Druckmedium beaufschlagbar sind,
- (b) dass am Antriebsgehäuse des Linearantriebes eine zur gesteuerten Fluidbeaufschlagung der beiden Antriebskammern ausgebildete, elektrisch betätigbare Steuerventileinrichtung angeordnet ist, die einerseits über jeweils einen Antriebskanal mit den beiden Antriebskammern des Linearantriebes in Fluidverbindung steht und andererseits zum Empfang und zur Abgabe eines fluidischen Druckmediums mit einer fluidischen Haupt-Anschlusseinrichtung kommuniziert, die einen zur Verbindung mit einer Druckquelle vorgesehenen Haupt-Fluidversorgungsanschluss und einen zur Verbindung mit einer Drucksenke vorgesehenen Haupt-Fluidabgabeanschluss aufweist,
- (c) dass am Antriebsgehäuse des Linearantriebes eine interne elektronische Steuereinrichtung des Antriebssystems angeordnet ist, die zu Ansteuerungszwecken mit der Steuerventileinrichtung elektrisch verbunden ist,
- (d) dass zwei zur Erfassung des in den beiden Antriebskammern herrschenden Fluiddruckes ausgebildete Antriebsdruck-Sensoreinrichtungen vorhanden sind, die zur Übertragung von elektrischen Drucksignalen mit der internen elektronischen Steuereinrichtung elektrisch verbunden sind,
- (e) dass der Linearantrieb mit einer zur Erfassung der momentanen Ist-Hubposition der Antriebseinheit geeigneten Wegmesseinrichtung ausgestattet ist, die zur Übertragung von elektrischen Positionssignalen mit der internen elektronischen Steuereinrichtung elektrisch verbunden ist,
- (f) dass die interne elektronische Steuereinrichtung eine Regelungselektronik enthält, durch die die Steuerventileinrichtung unter Berücksichtigung der von der Wegmesseinrichtung gelieferten Positionssignale und der von den beiden Antriebsdruck-Sensoreinrichtungen gelieferten Drucksignale zur positionsgeregelten Betätigung der Antriebseinheit druckgeregelt elektrisch ansteuerbar ist,
- (g) dass an die interne elektronische Steuereinrichtung eine biegeflexible Stromkabelanordnung angeschlossen ist, die zur stromübertragenden elektrischen Verbindung der internen elektronischen Steuereinrichtung mit mindestens einer elektrischen Aktoreinrichtung der an der Montageschnittstelle befestigten Arbeitseinheit ausgebildet ist, und
- (h) dass an die fluidische Haupt-Anschlusseinrichtung eine biegeflexible Fluidschlauchanordnung angeschlossen ist, die zur fluidübertragenden fluidischen Verbindung der fluidischen Haupt-Anschlusseinrichtung mit mindestens einer fluidischen Aktoreinrichtung der an der Montageschnittstelle befestigten Arbeitseinheit ausgebildet ist.

Das erfindungsgemäße Antriebssystem erlaubt ein schnelles und exaktes Positionieren einer mit fluidischen und elektrischen Aktoreinrichtungen ausgestatteten Arbeitseinheit in Verbindung mit einer zuverlässigen fluidischen und elektrischen Kommunikation zwischen Komponenten der Arbeitseinheit und bezüglich des Antriebsgehäuses ortsfesten stationären Komponenten. Der fluidbetätigte Linearantrieb hat eine Antriebseinheit, an der die zu positionierende Arbeitseinheit angebracht ist oder angebracht werden kann und die über einen in einem Antriebsgehäuse angeordneten Antriebskolben verfügt, um durch Fluidbeaufschlagung eine lineare Antriebsbewegung der Antriebseinheit hervorzurufen. Der Antriebskolben trennt in dem Antriebsgehäuse zwei Antriebskammern voneinander ab, die beide gesteuert mit einem fluidischen Druckmedium beaufschlagbar sind, zu welchem Zweck an dem Antriebsgehäuse direkt oder indirekt eine mit den beiden Antriebskammern kommunizierende, elektrisch betätigbare Steuerventileinrichtung angeordnet ist. Bei dem fluidischen Druckmedium handelt es sich bevorzugt um Druckluft. Die Steuerventileinrichtung ist elektrisch an eine interne elektronische Steuereinrichtung des Antriebssystems angeschlossen, durch die sie elektrisch ansteuerbar ist, sodass eine positionsgeregelte Bewegung der Antriebseinheit möglich ist. Die interne elektronische Steuereinrichtung enthält eine Regelungselektronik, die Positionssignale eines Wegmesssystems und Drucksignale zweier Antriebsdruck-Sensoreinrichtungen verarbeitet, um die Steuerventileinrichtung so anzusteuern, dass die Antriebseinheit im Zusammenhang mit einer Druckregelung der beiden Antriebskammern positionsgeregelt verfahren und positioniert wird. Die Zufuhr und Abfuhr des zur Betätigung erforderlichen fluidischen Druckmediums erfolgt über eine zur besseren Unterscheidung als Haupt-Anschlusseinrichtung bezeichnete Anschlusseinrichtung, an die die Steuerventileinrichtung angeschlossen ist und die ihrerseits im betriebsbereiten Zustand des Antriebssystems mit einer Druckquelle und mit einer Drucksenke verbunden ist. Die Druckquelle liefert das fluidische Druckmedium, bei dem es sich insbesondere um Druckluft handelt. Als Drucksenke fungiert die Atmosphäre, wobei im Falle eines flüssigen Druckmediums ein unter Atmosphärendruck stehendes Flüssigkeitsreservoir verwendet wird.
Für die Druckregelung sind zwei zur besseren Unterscheidung als Antriebsdruck-Sensoreinrichtungen bezeichnete Drucksensoreinrichtungen vorhanden, die jeweils den in einer der beiden Antriebskammern herrschenden Fluiddruck erfassen können und die beispielsweise jeweils an einen Antriebskanal angeschlossen sind, der die Steuerventileinrichtung mit einer der Antriebskammern fluidisch verbindet. Eine am Linearantrieb angeordnete Wegmesseinrichtung ist in der Lage, die momentane Ist-Hubposition der Antriebseinheit zu erfassen und an die interne elektronische Steuereinrichtung zu übertragen, der auch die elektrischen Drucksignale der Antriebsdruck-Sensoreinrichtungen zugeführt werden.
Für die fluidische und elektrische Versorgung einer an der Antriebseinheit montierten Arbeitseinheit ist das Antriebssystem mit einer biegeflexiblen Stromkabelanordnung und mit einer biegeflexiblen Fluidschlauchanordnung ausgestattet. Die Stromkabelanordnung sorgt für eine elektrische Verbindung elektrischer Komponenten der Arbeitseinheit mit der internen elektronischen Steuereinrichtung. Der elektrische Strom wird beispielsweise als reine Betriebsenergie übertragen und/oder in Form von elektrischen Steuersignalen. Über die Fluidschlauchanordnung können fluidische Aktoreinrichtungen der Arbeitseinheit ebenso wie die Steuerventileinrichtung an die fluidische Haupt-Anschlusseinrichtung angeschlossen sein, um das für den Betrieb erforderliche fluidische Druckmedium zu empfangen oder abzuführen. Aufgrund ihrer Biegeflexibilität können die Stromkabelanordnung und die Fluidschlauchanordnung der Hubbewegung der Arbeitseinheit beschädigungsfrei folgen.
Aufgrund der Ausstattung mit einer Steuerventileinrichtung, mit Drucksensoren, mit einem Wegmesssystem, mit einer Regelungselektronik und mit Fluid- und Stromübertragungsmitteln zur Versorgung einer an der Antriebseinrichtung befestigten Arbeitseinheit verfügt der Linearantrieb über eine Funktionsintegration mit hoher Funktionsdichte, was beste Voraussetzungen für kompakte Abmessungen, hohe Positioniergeschwindigkeiten und ein exaktes Positionierverhalten schafft.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Das Antriebssystem enthält zweckmäßigerweise eine an der Montageschnittstelle der Antriebseinheit angebrachte Arbeitseinheit, die mindestens eine durch Fluidkraft betätigbare fluidische Aktoreinrichtung und mindestens eine elektrisch betätigbare elektrische Aktoreinrichtung aufweist. Die fluidische Aktoreinrichtung ist an die biegeflexible Fluidschlauchanordnung angeschlossen, die elektrische Aktoreinrichtung an die biegeflexible Stromkabelanordnung.
Bei mindestens einer fluidischen Aktoreinrichtung der Arbeitseinheit handelt es sich vorzugsweise um einen fluidbetätigten Drehantrieb. Ein solcher fluidbetätigter Drehantrieb eignet sich insbesondere zur Bildung eines aktiven Gelenks innerhalb einer als Roboterarm ausgebildeten Arbeitseinheit.
Mindestens eine elektrische Aktoreinrichtung der Arbeitseinheit ist zweckmäßigerweise von einem Ventil oder einem Ventilantrieb einer Steuerventileinrichtung der Arbeitseinheit gebildet. So kann mindestens eine elektrische Aktoreinrichtung unmittelbar ein direkt elektrisch betätigtes Ventil einer Steuerventileinrichtung bilden. Außerdem kann mindestens eine elektrische Aktoreinrichtung beispielsweise ein elektrisch betätigbares Vorsteuerventil einer vorgesteuerten Steuerventileinrichtung sein. Als Vorsteuerventil oder Ventil kommen beispielsweise ein Magnetventil und insbesondere ein Piezoventil in Frage.
Bevorzugt enthält das Antriebssytem ein an der Montageschnittstelle der Antriebseinheit befestigtes Schnittstellenmodul, das zur mechanischen Verbindung mit der Arbeitseinheit ausgebildet ist und das bevorzugt auch Schnittstellen für die Fluidschlauchanordnung und/oder für die Stromkabelanordnung aufweist, die eine Energieübertragung ermöglichen. Das Schnittstellenmodul ist insbesondere so ausgebildet, dass von der Arbeitseinheit benötigte fluidische und elektrische Energie durch das Schnittstellenmodul hindurchleitbar sind. Beispielsweise verfügt das Schnittstellenmodul über Fluidübertragungskanäle und über mindestens einen Stromübertragungskanal, wobei die Fluidübertragungskanäle zur direkten Durchleitung des fluidischen Druckmediums ausgebildet sind und der mindestens eine Stromübertragungskanal zum Hindurchführen mindestens eines Stromkabels ausgelegt ist.
Wie schon angesprochen wird es als besonders vorteilhaft erachtet, wenn der doppeltwirkende Linearantrieb als ein mit Druckluft betriebener pneumatischer Linearantrieb ausgebildet ist. Auf diese Weise sind besonders hohe Beschleunigungen und Verfahrgeschwindigkeiten der Antriebseinheit realisierbar. Gleichwohl lassen sich die gewünschten Hubpositionen aufgrund der durch die Regelungselektronik ausführbaren Druckregelung äußerst zielgenau anfahren. Durch die Druckregelung im Zusammenhang mit kompressibler Druckluft als Druckmedium besteht zudem die vorteilhafte Möglichkeit, die Steifigkeit des Antriebssystems zu beeinflussen und zur Vermeidung von Gefahrensituationen eine gewisse Nachgiebigkeit aufzuprägen.
Bevorzugt ist der Linearantrieb ein kolbenstangenloser Linearantrieb, sodass sich seine Baulänge während des Betriebes nicht verändert. Das Antriebssystem kann so ausgelegt sein, dass sich die an der Montageschnittstelle befestigte Arbeitseinheit stets neben dem Antriebsgehäuse des Linearantriebes befindet.
Bevorzugt hat das Antriebsgehäuse ein mit einem Längsschlitz ausgestatteten Gehäuserohr, wobei der Antriebskolben mit dem Abtriebsabschnitt über einen den Längsschlitz durchsetzenden Mitnehmer mechanisch bewegungsgekoppelt ist. Alternativ kann auch auf ein peripher geschlossenes Gehäuserohr zurückgegriffen werden, wenn die antriebsmäßige Kopplung zwischen dem Antriebskolben und dem Abtriebsabschnitt berührungslos über eine permanentmagnetische Magnetanordnung realisiert wird.
Grundsätzlich lässt sich das Antriebssystem auch mit einem eine Kolbenstange aufweisenden Linearantrieb realisieren. In diesem Fall ist es jedoch vorteilhaft, zusätzliche Führungen vorzusehen, die die von der zu bewegenden Arbeitseinheit herrührenden Querbelastungen aufnehmen.
Bevorzugt ist das Antriebssystem mit einer quer zu ihrer Längsrichtung flexiblen Stützeinrichtung ausgestattet, durch die die biegeflexible Stromkabelanordnung und die biegeflexible Fluidschlauchanordnung hindurchgeführt sind. Durch die Stützeinrichtung werden die Stromkabelanordnung und die Fluidschlauchanordnung kontrolliert gehalten und somit vor Beschädigungen geschützt. Die flexible Stützeinrichtung kann beispielsweise aus einer elastischen, wendelförmigen Spiralstruktur bestehen, die nach Art einer Wendelfeder axial spreizbar ist. Als besonders zweckmäßig wird allerdings eine Ausgestaltung als Schleppkette angesehen, die zum einen ortsfest bezüglich des Antriebsgehäuses und zum anderen ortsfest bezüglich des Abtriebsabschnittes der Antriebseinheit fixiert ist.
Das Antriebssystem kann für eine autarke Betriebsweise ausgelegt sein. In diesem Fall werden alle Betriebsabläufe durch die interne elektronische Steuereinrichtung des Antriebssystems gesteuert. Die interne elektronische Steuereinrichtung kann ein integriertes, bevorzugtes variables Steuerprogramm enthalten, durch das die gewünschten Bewegungsabläufe vorgebbar sind. Arbeitet das Antriebssystem im Verbund mit mindestens einem weiteren Antriebssystem oder anderen elektronisch ansteuerbaren Systemkomponenten, ist es vorteilhaft, wenn die interne elektronische Steuereinrichtung über eine elektronische Kommunikationsschnittstelle verfügt, die eine Verbindung mit einer externen elektronischen Steuereinrichtung ermöglicht, die als übergeordnete Steuereinrichtung arbeitet. Es ist insbesondere vorgesehen, dass über die elektrische Kommunikationsschnittstelle die jeweils gewünschte Soll-Hubposition der Antriebseinheit von außen her vorgebbar ist.
Die Steuerventileinrichtung kann beispielsweise ein elektromagnetisches Funktionsprinzip haben. Bevorzugt wird allerdings eine Ausgestaltung als piezoelektrische Steuerventileinrichtung, die über eine Mehrzahl von elektrisch ansteuerbaren Piezoventilen verfügt. Die Piezoventile enthalten als Aktorelement insbesondere einen piezoelektrischen Biegewandler. Da Piezoventile in der Regel eine hohe Ansteuerspannung benötigen, ist es zweckmäßig, wenn in die interne elektronische Steuereinrichtung eine Hochvoltstufe zur Erzeugung einer Hochvolt-Ansteuerspannung für die Piezoventile integriert ist.
Bevorzugt ist die Steuerventileinrichtung funktionell und strukturell aufgeteilt, sodass sie über zwei separate Steuerventileinheiten verfügt, die jeweils für die Steuerung der Fluidbeaufschlagung einer der beiden Antriebskammern des Linearantriebes zuständig sind. Jede Steuerventileinheit sitzt zweckmäßigerweise im Bereich desjenigen axialen Gehäuse-Endabschnittes des Antriebsgehäuses, der der zu steuernden Antriebskammer zugeordnet ist. Dabei kommuniziert jede Steuerventileinheit mit einem der schon erwähnten Antriebskanäle, die jeweils in eine der beiden Antriebskammern einmünden. Die Antriebskanäle sind zweckmäßigerweise in das Antriebsgehäuse des Linearantriebes integriert.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn mit jeder Steuerventileinheit eine voneinander unabhängige Steuerung der Zufuhr und Abfuhr des fluidischen Druckmediums bezüglich des zugeordneten Antriebskammer durchführbar ist. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn jede Steuerventileinheit eine elektrisch betätigbare Versorgungsventileinheit zur Steuerung der Fluidzufuhr zur angeschlossenen Antriebskammer und eine elektrisch betätigbare Abgabeventileinheit zur Steuerung der Fluidabgabe aus der angeschlossenen Antriebskammer aufweist. Diese Ventileinheiten haben jeweils eine 2/2-Wege-Ventilfunktion, sodass sie einen Fluiddurchtritt entweder zulassen oder verhindern. Sie können durch die interne elektronische Steuereinrichtung so angesteuert werden, dass sich eine 3/3-Wege-Ventilfunktion realisieren lässt. Dadurch ist es unter anderem auch möglich, jede Antriebskammer sowohl von der Druckquelle als auch von der Drucksenke abzutrennen, um ein enthaltenes Fluidvolumen einzusperren und die Antriebseinheit unbeweglich zu blockieren.
Die interne elektronische Steuereinrichtung ist vorzugsweise modular aufgebaut und enthält mehrere Steuermodule, auf die diverse Steuer- und/oder Regelungsfunktionen aufgeteilt sein können. Vorzugsweise enthält die interne elektronische Steuereinrichtung ein Hauptsteuermodul und ein diesbezüglich separates, mit dem Hauptsteuermodul elektrisch verbundenes Zusatzsteuermodul, wobei die Regelungselektronik und die schon angesprochene optionale Hochvoltstufe in dem Zusatzsteuermodul enthalten sind. Das Hauptsteuermodul kann beispielsweise dazu dienen, elektrische Aktoreinheiten der Antriebseinheit über die biegeflexible Stromkabelanordnung anzusteuern. Dies ungeachtet dessen, dass die Arbeitseinheit durchaus auch eigene elektronische Steuereinheiten beinhalten kann, die mit dem Hauptsteuermodul kommunizieren.
Bevorzugt enthält die biegeflexible Stromkabelanordnung nur ein einziges Buskabel, das insbesondere dem CAN-Busstandard entspricht und das sich ausgehend von dem Hauptsteuermodul zumindest bis zum Abtriebsabschnitt der Antriebseinheit oder bis zu einem daran montierten Schnittstellenmodul erstreckt. Vorzugsweise verläuft dieses Buskabel aber durchgehend bis zu der an der Antriebseinheit montierten Arbeitseinheit. Zweckmäßigerweise ist das als Buskabel für serielle Signalübertragung ausgebildete Stromkabel durch das optionale Zusatzsteuermodul hindurchgeschleift.
Es ist zweckmäßig, wenn das Antriebssystem zusätzlich mindestens eine Versorgungsdruck-Sensoreinrichtung enthält, die in der Lage ist, den Versorgungsdruck des der Steuerventileinrichtung von der Haupt-Anschlusseinrichtung zugeführten fluidischen Druckmediums zu erfassen. Auf diese Weise ist ständig kontrollierbar, ob ein ausreichend hoher Versorgungsdruck zur Verfügung steht. Weicht der Versorgungsdruck vom angestrebten Druck ab, kann die interne elektronische Steuereinrichtung, an die die Versorgungsdruck-Sensoreinrichtung angeschlossen ist, ein Warensignal ausgeben oder das Antriebssystem in einen Sicherheitsmodus umschalten und/oder gänzlich abschalten.
Als weiterer Sicherheitsaspekt kommt zweckmäßigerweise eine Fluidabgabedruck-Sensoreinrichtung zum Einsatz, die den Fluidabgabedruck des von der Steuerventileinrichtung an die Haupt-Anschlusseinrichtung abgegebenen fluidischen Druckmediums erfasst und entsprechende Drucksignale an die interne elektronische Steuereinrichtung übermittelt. Auf diese Weise ist bei einem pneumatischen System ständig überprüfbar, ob die Entlüftungsfunktion korrekt zur Verfügung steht oder ob eventuell Verschmutzungen vorliegen, beispielsweise in Schalldämpfern, was sich in einem ansteigenden Staudruck bemerkbar macht. Auch hier kann die interne elektronische Steuereinrichtung bei problematischen Messwerten geeignete Aktionen hervorrufen, vergleichbar denjenigen bei einem Abfall des Versorgungsdruckes.
Ein vorteilhafter Anwendungsfall für das Antriebssystem ist die Nutzung als Roboter, insbesondere als sogenannter SCARA-Roboter. In diesem Fall ist der Linearantrieb insbesondere mit vertikal orientierter Längsachse installiert, sodass die Antriebsbewegung der Antriebseinheit und folglich auch die Arbeitsbewegung der daran montierten Arbeitseinheit eine Vertikalbewegung ist. Zweckmäßigerweise ist der Linearantrieb in diesem Fall mit dem nach unten weisenden Endbereich seines Antriebsgehäuses an einer Sockelstruktur fixiert, die beispielsweise von einer Tischplatte oder von einer Bodenplatte gebildet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 eine isometrische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems in einer Ausgestaltung als SCARA-Roboter,
2 das Antriebssystem aus 1 in einem Längsschnitt gemäß Schnittlinie II-II aus 1 und 3, wobei in einer schematischen Vergrößerung der interne Aufbau der beiden strichpunktiert umrahmten Steuerventileinheiten illustriert ist,
3 einen Querschnitt des Antriebssystems gemäß Schnittlinie III-III aus 2,
4 eine weitere isometrische Darstellung des Antriebssystems ohne Illustration eines optional vorhandenen, den Linearantrieb umhüllenden Hüllkörpers,
5 die Anordnung aus 4 aus einem anderen Blickwinkel, und
6 eine Explosionsdarstellung des Antriebssystems in der Ausgestaltung gemäß 4 und wiederum ohne den optionalen Hüllkörper.

Das in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Antriebssystem enthält einen Linearantrieb 2 und insbesondere auch eine durch den Linearantrieb 2 bewegbare und positionierbare elektro-fluidische Arbeitseinheit 3. Die Arbeitseinheit 3 ist zweckmäßigerweise über ein ebenfalls zu dem Antriebssystem 1 gehörendes Schnittstellenmodul 4 an dem Linearantrieb 2 befestigbar oder befestigt.
Der Linearantrieb 2 hat eine Längsachse 5 und ist in dem in der Zeichnung illustrierten bevorzugten Anwendungsfall so angeordnet, dass die Längsachse 5 vertikal ausgerichtet ist. Auf diesen bevorzugten Anwendungsfall bezieht sich die weitere Erläuterung, wobei erwähnenswert ist, dass der Linearantrieb 2 prinzipiell auch mit jeder anderen räumlichen Ausrichtung in das Antriebssystem 1 integriert sein kann.
Die Achsrichtung der Längsachse 5 wird im Folgenden unter Verwendung des gleichen Bezugszeichens auch als Längsrichtung 5 des Linearantriebs bezeichnet.
Der Linearantrieb 2 hat ein sich in der Längsrichtung 5 erstreckendes Antriebsgehäuse 6 und eine relativ zu dem Antriebsgehäuse 6 in der Längsrichtung 5 bewegbare Antriebseinheit 7. Die dabei von der Antriebseinheit 7 ausführbare Linearbewegung, die in beiden Achsrichtungen der Längsachse 5 orientiert sein kann, wird im Folgenden als Antriebsbewegung 8 bezeichnet.
Die Antriebseinheit 7 hat einen im Innern des Antriebsgehäuses 6 linear bewegbar angeordneten Antriebsabschnitt 12, auf den eine Antriebskraft ausübbar ist, um die Antriebsbewegung 8 zu erzeugen. Der Antriebsabschnitt 12 ist von einem Antriebskolben 12a gebildet, der den Innenraum des Antriebsgehäuses 6 axial in zwei Antriebskammern 13a, 13b unterteilt, die im Folgenden auch als erste und zweite Antriebskammern 13a, 13b bezeichnet werden. Bei der exemplarischen Ausrichtung des Linearantriebes 2 liegt die zweite Antriebskammer 13b oberhalb der ersten Antriebskammer 13a.
In jede Antriebskammer 13a, 13b mündet ein eigener Antriebskanal 14a, 14b ein, durch den hindurch die zugeordnete Antriebskammer 13a, 13b gesteuert mit einem fluidischen Druckmedium beaufschlagbar ist, um eine auf den Antriebskolben 12a einwirkende Antriebskraft zu erzeugen, aus der die Antriebsbewegung 8 resultiert. Die Rahmen der Antriebsbewegung 8 von der Antriebseinheit 3 durchlaufenen Relativpositionen bezüglich des Antriebsgehäuses 6 seien als Hubpositionen bezeichnet. Durch eine aufeinander abgestimmte Druckbeaufschlagung der beiden Antriebskammern 13a, 13b kann die Antriebseinheit 7 in jeder beliebigen Hubposition festgehalten, das heißt positioniert werden.
Somit ist der Linearantrieb 2 ein doppeltwirkender fluidbetätigter Linearantrieb 2. Der Antriebskolben 12a kann zu seiner Betätigung in beiden axialen Richtungen aktiv mit fluidischem Druckmedium beaufschlagt werden. Der Antriebskolben 12a und mithin die gesamte Antriebseinheit 8 können also in beiden Hubrichtungen rein durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung der beiden Antriebskammern 13a, 13b bewegt werden.
Optional kann der Linearantrieb 2 mit einer Feststellbremse ausgestattet sein, durch die die Antriebseinheit 7 in jeder beliebigen Betriebsposition durch mechanischen Eingriff lösbar feststellbar, das heißt blockierbar ist. Die Bremsfunktion wird zweckmäßigerweise durch Fluidkraft gesteuert, wobei ein dafür geeignetes Bremsen-Steuerventil bei 15 abgebildet ist.
Das Antriebssystem 1 enthält eine elektrisch betätigbare Steuerventileinrichtung 16, die an eine fluidische Anschlusseinrichtung 17 angeschlossen ist, die zur besseren Unterscheidung als Haupt-Anschlusseinrichtung 17 bezeichnet wird und die ihrerseits im Betrieb des Antriebsystems 1 mit einer Druckquelle P und einer Drucksenke R verbunden ist.
Die Druckquelle P stellt ein zum Betätigen des Linearantriebes 2 geeignetes fluidisches Druckmedium zur Verfügung, bei dem es bevorzugt um Druckluft handelt. Ihre Verbindung zu der Haupt-Anschlusseinrichtung 17 wird insbesondere durch eine Schlauchverbindung realisiert. Der Linearantrieb 2 ist in diesem Fall ein mit Druckluft als fluidischem Druckmedium betriebener pneumatischer Linearantrieb.
Die Drucksenke R ist bevorzugt von der Atmosphäre gebildet. Die Verbindung der Haupt-Anschlusseinrichtung 17 mit der Atmosphäre wird beispielsweise durch eine Schlauchverbindung oder durch einen Schalldämpfer realisiert. Bei einem ebenfalls möglichen Betrieb mittels einer Druckflüssigkeit als fluidisches Druckmedium ist die Drucksenke R beispielsweise von einem unter Atmosphärendruck stehenden Druckflüssigkeitsreservoir gebildet.
Die Haupt-Anschlusseinrichtung 17 hat einen zur Verbindung mit der Druckquelle P verwendbaren Haupt-Fluideinspeiseanschluss 17a und einen zur Verbindung mit der Drucksenke verwendbaren Haupt-Fluidabgabeanschluss 17b. Die Steuerventileinrichtung 16 ist über nicht weiter illustrierte Anschlusseinheiten an die Haupt-Anschlusseinrichtung 17 angeschlossen und durch die Haupt-Anschlusseinrichtung 17 hindurch mit dem Haupt-Fluideinspeiseanschluss 17a und dem Haupt-Fluidabgabeanschluss 17b verbunden.
Die Steuerventileinrichtung 16 ist so ausgebildet, dass jeder Antriebskanal 14a, 14b wahlweise mit dem Haupt-Fluideinspeiseanschluss 17a oder mit dem Haupt-Fluidabgabeanschluss 17b verbindbar ist. Bevorzugt ist die Steuerventileinrichtung 16 auch in der Lage, den ihr zugeordneten Antriebskanal 14a, 14b gleichzeitig von beiden Anschlüssen 17a, 17b abzutrennen um das in der zugeordneten Antriebskammer 13a, 13b enthaltene Druckmedium einzusperren.
Bevorzugt und entsprechend des illustrierten Ausführungsbeispiels enthält die Steuerventileinrichtung 16 zwei separate Steuerventileinheiten 16a, 16b, wobei eine erste Steuerventileinheit 16a den mit der ersten Antriebskammer 13a verbundenen ersten Antriebskanal 14a steuert, während die zweite Steuerventileinheit 16b in der Lage ist, den mit der zweiten Antriebskammer 13b verbundenen zweiten Antriebskanal 14b zu steuern. Beide Steuerventileinheiten 16a, 16b sind elektrisch betätigbar ausgebildet. Vorzugsweise sind sie direkt elektrisch betätigt, jedoch können sie auch von einer vorgesteuerten Bauart sein.
Das Antriebsgehäuse 6 hat zwei einander entgegengesetzte Endabschnitte 18a, 18b. Ein erster Gehäuse-Endabschnitt 18a weist exemplarisch nach unten, während ein zweiter Gehäuse-Endabschnitt 18b nach oben weist. An jedem der beiden Gehäuse-Endabschnitte 18a, 18b befindet sich zweckmäßigerweise ein Gehäusedeckel 21 des Antriebsgehäuses 6, wobei sich zwischen den beiden Gehäusedeckeln 21 ein Gehäuserohr 22 des Antriebsgehäuses 6 erstreckt, das eine die beiden Antriebskammern 13a, 13b umschließende periphere Gehäusewand 22a des Antriebsgehäuses 6 bildet.
Zweckmäßigerweise ist die erste Steuerventileinheit 16a an dem ersten Gehäuse-Endabschnitt 18a befestigt, während die zweite Steuerventileinrichtung 16b an dem zweiten Gehäuse-Endabschnitt 18b befestigt ist. Die Steuerventileinheiten 16a, 16b sind bevorzugt seitlich außen am Antriebsgehäuse 6 angebaut, wobei sie insbesondere am jeweils zugeordneten Gehäusedeckel 21 befestigt sind.
Die erste Steuerventileinheit 16a ist über erste Ventilanschlusskanäle 23a an den Haupt-Fluideinspeiseanschluss 17a und an den Haupt-Fluidabgabeanschluss 17b angeschlossen. Die gleichen Anschlüsse 17a, 17b sind über zweite Ventilanschlusskanäle 23b an die zweite Steuerventileinheit 16b angeschlossen. Die Ventilanschlusskanäle 23a, 23b können jeweils als bohrungsartige Fluidkanäle und/oder als Kanäle in Fluidleitungen oder Fluidschläuchen ausgeführt sein.
Die fluidische Haupt-Anschlusseinrichtung 17 ist exemplarisch im Bereich des ersten Gehäuse-Endabschnittes 18a platziert. In diesem Fall können die beim Ausführungsbeispiel von externen Fluidschläuchen gebildeten zweiten Ventilanschlusskanäle 23b ganz oder teilweise als Fluidkanäle ausgeführt sein, die sich in der Wandung des Antriebsgehäuses 6 erstrecken.
Der Linearantrieb 2 ist zur Vorgabe seiner betriebsgemäßen Ausrichtung vorzugsweise an einer Sockelstruktur 24 befestigt. Die Sockelstruktur 24 kann beispielsweise eine Bodenplatte oder eine Tischplatte sein. Zur sockelseitigen Befestigung sind außen an dem Antriebsgehäuse 6 des Linearantriebes 2 zwei Befestigungsstreben 25 angeordnet, die sich längsseits neben dem Antriebsgehäuse 6 erstrecken und an denen das Antriebsgehäuse 6 befestigt ist. Die Befestigung erfolgt zweckmäßigerweise an den beiden Gehäusedeckeln 21, an die die Befestigungsstreben 25 exemplarisch mit Befestigungsschrauben 28 angeschraubt sind.
Die Befestigungsstreben 25 ragen jeweils mit einem Befestigungsendabschnitt 26 über den ersten Gehäuse-Endabschnitt 18a des Antriebsgehäuses 6 hinaus und sind über Befestigungswinkel 27 oder sonstige Befestigungselemente mit der Sockelstruktur 24 lösbar verschraubt oder auf sonstiger Weise fest verbunden.
Bevorzugt sind die beiden Befestigungsstreben 25 von je einem U-Profilelement gebildet und so angeordnet, dass die U-Öffnungen dem Antriebsgehäuse 6 zugewandt sind. Da sich die Befestigungsstreben 25 zudem bezüglich der Längsachse 5 diametral gegenüberliegen, begrenzen sie gemeinsam einen Aufnahmeraum 28, in dem sich das Antriebsgehäuse 6 des Linearantriebes 2 erstreckt. Zweckmäßigerweise wird das Gehäuserohr 22 des Antriebsgehäuses 6 von den beiden Gehäusedeckeln 21 radial überragt, wobei Abschnitte der Gehäusedeckel 21 in die U-förmig profilierten Befestigungsstreben 25 hineinragen.
Für die den Betriebszustand des Linearantriebes 2 vorgebende elektrische Ansteuerung der Steuerventileinrichtung 16 ist eine interne elektronische Steuereinrichtung 32 des Antriebssystems 1 zuständig, an die die Steuerventileinrichtung 16 zum Empfang elektrischer Steuersignale angeschlossen ist. Exemplarisch sind mehrere elektrische Steuerleitungen 33 vorgesehen, durch die die beiden Steuerventileinheiten 16a, 16b an die interne elektronische Steuereinrichtung 32 angeschlossen sind.
Die interne elektronische Steuereinrichtung 32 ist an dem Antriebsgehäuse 6 angeordnet. Exemplarisch ist sie mittelbar an dem Antriebsgehäuse 6 befestigt, indem sie an den fest mit dem Antriebsgehäuse 6 verbundenen Befestigungsstreben 25 angebracht ist. Sie kann jedoch auch direkt an das Antriebsgehäuse 6 angebaut sein.
Bevorzugt ist die interne elektronische Steuereinrichtung 32 in mehrere beabstandet zueinander angeordnete Steuermodule unterteilt, die exemplarisch ein Hauptsteuermodul 32a und ein Zusatzsteuermodul 32b umfassen. Das Zusatzsteuermodul 32a ist über eine elektrische Steuerleitung 34 an das Hauptsteuermodul 32a angeschlossen. Die Steuerventileinrichtung 16 ist zweckmäßigerweise an das Zusatzsteuermodul 32b angeschlossen. Letzteres beinhaltet oder definiert zweckmäßigerweise eine Regelungselektronik 31, die im Zusammenhang mit einer Druckregelung des in den Antriebskammern 13a, 13b herrschenden Fluiddruckes eine positionsgeregelte Betätigung der Antriebseinheit 7 ermöglicht.
Die interne elektronische Steuereinrichtung 32 hat zweckmäßigerweise eine elektrische Kommunikationsschnittstelle 39, durch die eine Kommunikation mit einer nur schematisch angedeuteten externen elektronischen Steuereinrichtung 35 möglich ist. Die externe elektronische Steuereinrichtung 35 gibt beispielsweise die von der Regelungselektronik 31 zu berücksichtigenden Soll-Hubpositionen der Antriebseinheit 7 vor. An die externe elektronische Steuereinrichtung 35 können außer der internen elektronischen Steuereinrichtung 32 des Antriebssystems 1 noch weitere Systeme angeschlossen sein, deren aufeinander abgestimmter Betrieb durch die externe elektronische Steuereinrichtung 35 koordiniert wird. Das Antriebssystem 1 ist vorzugsweise auch ohne die externe elektronische Steuereinrichtung 35 autark funktionsfähig.
Die optionale externe elektronische Steuereinrichtung 35 ist zweckmäßigerweise ein Bestandteil des Antriebssystems 1.
Die Antriebseinheit 7 verfügt über einen außerhalb des Antriebsgehäuses 6 zugänglichen Abtriebsabschnitt 36, der mit dem Antriebskolben 12a derart bewegungsgekoppelt ist, dass er die lineare Antriebsbewegung 8 synchron mitmacht. Der Abtriebsabschnitt 36 verlagert sich bei der Antriebsbewegung 8 entlang einer linearen Wegstrecke, die als Hubweg 37 bezeichnet sei und in der Zeichnung durch eine strichpunktierte Linie verdeutlich ist. Der Abtriebsabschnitt 36 befindet sich teilweise oder vollständig außerhalb des Antriebsgehäuses 6.
Der Linearantrieb 2 ist zweckmäßigerweise von kolbenstangenloser Bauart, was auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zutrifft. Hier befindet sich der Hubweg 37 des Abtriebsabschnittes 36 innerhalb der axialen Erstreckung des Antriebsgehäuses 6, sodass sich die axiale Länge des Linearantriebs 2 bei seiner Nutzung nicht verändert.
Bei dem bevorzugten Linearantrieb 2 des Ausführungsbeispiels sind der Antriebskolben 12a und der Abtriebsabschnitt 36 zumindest im Wesentlichen auf gleicher axialer Höhe bezogen auf die Längsachse 5 angeordnet. Das eine periphere Gehäusewand 22a des Antriebsgehäuses 6 bildende Gehäuserohr 22 ist von einem sich in der Längsrichtung 5 erstreckenden Längsschlitz 86 radial durchsetzt, durch den ein Mitnehmerabschnitt 87 der Antriebseinheit 3 hindurchragt, der den Antriebskolben 12a mit dem Abtriebsabschnitt 36 antriebsmäßig koppelt. Auf diese Weise wird die Antriebsbewegung 8 von dem Antriebskolben 12a, dem Mitnehmerabschnitt 87 und dem Abtriebsabschnitt 36 stets einheitlich ausgeführt.
Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuserohr 22 ringsum geschlossen und die antriebsmäßige Kopplung zwischen dem Antriebskolben 12a und dem Abtriebsabschnitt 36 erfolgt berührungslos magnetisch.
Prinzipiell kann der Linearantrieb 2 auch als Linearantrieb mit aus dem Antriebsgehäuse ausfahrbarer Kolbenstange ausgeführt sein.
Das schon angesprochene Schnittstellenmodul 4 hat einen bevorzugt einstückigen Schnittstellenmodulkörper 38, der eine erste mechanische Befestigungsschnittstelle 42 aufweist, über die er an einer Montageschnittstelle 41 des Abtriebsabschnittes 36 der Antriebseinheit 7 befestigt ist, insbesondere in lösbarer Weise. Exemplarisch befindet sich die erste mechanische Befestigungsschnittstelle 42 an einer dem Antriebsgehäuse 6 zugewandten Unterseite 44 des Schnittstellenmodulkörpers 38.
Der Schnittstellenmodulkörper 38 hat außerdem eine zweite mechanische Befestigungsschnittstelle 43, an der die Arbeitseinheit 3 mit einer weiteren Montageschnittstelle 50 befestigt ist, zweckmäßigerweise ebenfalls in lösbarer Weise. Die zweite mechanische Befestigungsschnittstelle 43 befindet sich bevorzugt an einer der Unterseite 44 entgegengesetzten Oberseite 45 des Schnittstellenmodulkörpers 38.
Die erste mechanische Befestigungsschnittstelle 42 hat bevorzugt eine erste Montagefläche 46, mit der voraus der Schnittstellenmodulkörper 38 im Bereich der Montageschnittstelle 41 an den Abtriebsabschnitt 36 der Antriebseinheit 7 angesetzt ist. Die zweite mechanische Befestigungsschnittstelle 43 enthält zweckmäßigerweise eine der ersten Montagefläche 46 abgewandte zweite Montagefläche 47. Die Arbeitseinheit 3 ist mit der weiteren Montageschnittstelle 50 an die zweite Montagefläche 47 angesetzt.
Zweckmäßigerweise ist jede mechanische Befestigungsschnittstelle 42, 43 zur Schraubbefestigung der daran angebrachten Komponente, also des Abtriebsabschnittes 36 und der Arbeitseinheit 3 ausgebildet. In diesem Zusammenhang weist die erste mechanische Befestigungsschnittstelle 42 eine Mehrzahl erster Befestigungslöcher 48a auf, während die zweite mechanische Befestigungsschnittstelle 43 über eine Mehrzahl zweiter Befestigungslöcher 48b verfügt. Die Befestigungslöcher 48a, 48b münden zur jeweils zugeordneten ersten oder zweiten Montagefläche 46, 47 aus und erlauben das Hindurchführen von Befestigungsschrauben 49, die sich einerseits mit ihrem Schraubenkopf am Schnittstellenmodulkörper 38 abstützen und andererseits in Gewindebohrungen 52 des Abtriebsabschnittes 36 und der Arbeitseinheit 3 eingeschraubt sind.
Das Lochbild der Befestigungslöcher 48a, 48b der beiden Befestigungsschnittstellen 42, 43 kann unterschiedlich und jeweils den Anforderungen entsprechend ausgebildet sein.
Die über das Schnittstellenmodul 4 an der Antriebseinheit 7 befestigte Arbeitseinheit 3 macht die Antriebsbewegung 8 mit und führt eine diesbezüglich gleich orientierte lineare Arbeitsbewegung 53 aus. Somit kann die Arbeitseinheit 3 durch entsprechend gesteuerte Betätigung des Linearantriebes 2 unter Ausführung der Arbeitsbewegung 53 linear verfahren und nach Bedarf positioniert werden.
Die Arbeitseinheit 3 weist mindestens eine durch Fluidkraft betätigbare Aktoreinrichtung 54 auf, die zur Vereinfachung als fluidische Aktoreinrichtung 54 bezeichnet wird.
Mindestens eine und bevorzugt jede der fluidischen Aktoreinrichtungen 54 der Arbeitseinheit 3 ist zweckmäßigerweise als ein fluidbetätigter Antrieb ausgebildet, wobei exemplarisch eine Ausgestaltung als fluidbetätigter Drehantrieb 55 vorliegt.
Wie insbesondere die 2 und 3 verdeutlichen, ist der fluidbetätigte Drehantrieb 55 insbesondere als ein Schwenkkolbenantrieb ausgebildet, der einen schwenkbar gelagerten Antriebskolben 56 aufweist, der zur besseren Unterscheidung als Schwenkkolben 56 bezeichnet werden kann und der in einem Drehantriebsgehäuse 57 zwei Antriebskammern 58a, 58b voneinander abteilt. Der Schwenkkolben 56 ist an einer aus dem Drehantriebsgehäuse 57 herausgeführten Abtriebswelle 59 befestigt. Durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung der beiden Antriebskammern 58a, 58b kann der Schwenkkolben 56 zu einer Schwenkbewegung bezüglich des Drehantriebgehäuses 57 angetrieben werden, woraus eine rotative Relativbewegung zwischen dem Drehantriebsgehäuse 57 und der Abtriebswelle 59 resultiert.
Gemäß dem illustrierten Ausführungsbeispiel ist das Antriebssystem 1 bevorzugt als ein Roboter 1a ausgebildet, wobei die Arbeitseinheit 3 einen Roboterarm 3a des Roboters 1a repräsentiert. Bei dem Roboter 1a handelt es sich insbesondere um einen SCARA-Roboter. Innerhalb des Roboterarmes 3a bilden die fluidbetätigten Drehantriebe 55 aktive Gelenke, durch die jeweils am Drehantriebsgehäuse 27 und an der Abtriebswelle 59 angebrachte Roboterarmabschnitte relativ zueinander aktiv verschwenkbar und drehwinkelmäßig positionierbar sind. Exemplarisch ist der Roboterarm 3a mit drei als Gelenke fungierenden fluidbetätigten Drehantrieben 55 ausgestattet. Mindestens ein solcher fluidbetätigter Drehantrieb 55 kann als Träger für einen beispielsweise als Greifer ausgebildeten Endeffektor 62 des Roboters 1a ausgeführt sein.
Bevorzugt ist einer der fluidbetätigten Drehantriebe 55 mit seinem Drehantriebsgehäuse 57 an der zweiten mechanischen Befestigungsschnittstelle 43 des Schnittstellenmoduls 4 in der weiter oben schon beschriebenen Weise befestigt. An ihm befindet sich die weitere Montageschnittstelle 50. Die diesbezüglich drehbare Abtriebswelle 59 trägt einen verschwenkbaren Roboterarmabschnitt, an dem ein weiterer fluidbetätigter Drehantrieb 55 sitzt. Die Ausgestaltung des Roboterarms 3a orientiert sich an den jeweiligen Anwendungserfordernissen.
Die Arbeitseinheit 3 ist auch mit mindestens einer elektrisch betätigbaren Aktoreinrichtung 63 ausgestattet, die zur Vereinfachung als elektrische Aktoreinrichtung 63 bezeichnet wird.
Exemplarisch ist mindestens eine und bevorzugt jede elektrische Aktoreinrichtung 63 als ein elektrisch betätigbares Ventil 64a einer Steuerventileinrichtung 64 der Arbeitseinheit 3 ausgebildet, die zur besseren Unterscheidung als Arbeits-Steuerventileinrichtung 64 bezeichnet wird.
Die mindestens eine Arbeits-Steuerventileinrichtung 64 dient exemplarisch zur fluidischen Ansteuerung mindestens eines der fluidbetätigten Drehantriebe 55 und ist in diesem Zusammenhang in der Lage, die Zufuhr und Abfuhr eines fluidischen Druckmediums bezüglich der beiden Antriebskammern 58a, 58b des fluidbetätigten Drehantriebes 55 zu steuern. Zweckmäßigerweise ist mindestens eine Arbeits-Steuerventileinrichtung 64 am Drehantriebsgehäuse 57 jedes fluidbetätigten Drehantriebes 55 montiert.
Ein oder jedes Ventil 64a der Arbeits-Steuerventileinrichtung 64 ist bevorzugt ein Piezoventil, kann aber beispielsweise auch ein Magnetventil sein. Beispielhaft steuert jedes Ventil 64 unmittelbar die Fluidzufuhr oder Fluidabfuhr eines fluidischen Druckmediums in bzw. aus einer der Antriebskammern 58a, 58b.
Alternativ kann eine oder jede Arbeits-Steuerventileinrichtung 64 von elektro-fluidisch vorgesteuerter Bauart sein, wobei sie eine Ventilhauptstufe hat, die durch einen als elektrisch betätigbares Vorsteuerventil arbeitenden Ventilantrieb betätigbar ist, wobei der Ventilantrieb eine elektrische Aktoreinrichtung 63 repräsentiert.
Für den Empfang und die Abfuhr des für den Betrieb der mindestens einen fluidischen Aktoreinrichtung 54 erforderlichen Druckmediums ist die Arbeitseinheit 3 mit mindestens einer Anschlusseinrichtung ausgestattet, die zur besseren Unterscheidung als fluidische Arbeitsanschlusseinrichtung 65 bezeichnet wird.
Mindestens eine elektrische Arbeits-Anschlusseinrichtung 66 der Arbeitseinheit 3 ist für die Zufuhr und vorzugsweise auch Abfuhr eines elektrischen Stroms ausgebildet, der als Lieferant für elektrische Energie und/oder elektrische Steuersignale bezüglich der mindestens einen elektrischen Aktoreinrichtung 63 benötigt wird. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass die Arbeitseinheit 3 für die Ansteuerung der fluidischen Aktoreinrichtungen 54 über mindestens eine eigene elektronische Arbeits-Steuereinheit 69 verfügen kann, die über die elektrische Arbeitsanschlusseinrichtung 66 mit der internen elektronischen Steuereinrichtung 62 kommunizieren kann.
Bevorzugt hat das Antriebssystem 1 als weitere Komponente einen Hüllkörper 67, der den Linearantrieb 2 zumindest peripher, also in seinem radialen Umfangsbereich, umschließt. Dadurch ist der Linearantrieb 2 vor Umgebungseinflüssen geschützt untergebracht. In dem von dem Hüllkörper 67 definierten und den Linearantrieb 2 aufnehmenden Hüllkörper-Innenraum 68 können auch noch weitere Bestandteile des Antriebssystems 1 geschützt untergebracht sein, so insbesondere die interne elektronische Steuereinrichtung 32.
Der Hüllkörper 67 hat insbesondere einen rohrförmigen Wandabschnitt 72, der den Hüllkörper-Innenraum 68 peripher begrenzt und der den Linearantrieb 2 radial außen umschließt. Seine Länge entspricht vorzugsweise der Länge des Linearantriebes 2. Der Hüllkörper 67 besteht, zumindest in seinem rohrförmigen Wandabschnitt 72, bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial. Er kann relativ dünnwandig ausgeführt sein.
Exemplarisch erstreckt sich der Hüllkörper 67 ausgehend von der Sockelstruktur 24 bis zum entgegengesetzten Endbereich des Linearantriebes 2, der dem zweiten Gehäuse-Endabschnitt 18b zugeordnet ist. Aus 1 ist ersichtlich, dass der Hüllkörper 67 an der der Sockelstruktur 24 entgegengesetzten Stirnseite offen sein kann, wobei in diesem Fall der Hüllkörper 67 insgesamt aus dem rohrförmigen Wandabschnitt 72 bestehen kann. Der Hüllkörper 67 kann aber ohne weiteres auch noch mindestens einen den Hüllkörper-Innenraum 68 stirnseitig verschließenden Verschlussdeckel haben.
Der Hüllkörper 67 ist vorzugsweise an einer bezüglich der Sockelstruktur 24 ortsfesten Komponente des Linearantriebes 2 befestigt. In diesem Zusammenhang sind in 3 mehrere Befestigungslaschen 73 ersichtlich, über die der Hüllkörper 67 an den Befestigungsstreben 25 des Linearantriebes 2 angebracht ist. Zusätzlich oder alternativ kann der Hüllkörper 67 auch direkt an der Sockelstruktur 24 befestigt sein.
Der Hüllkörper 67 hat einen sich entlang des Hubweges 37 des Abtriebsabschnittes 36 erstreckenden Längsschlitz 74. Dieser Längsschlitz 74 ist insbesondere in dem rohrförmigen Wandabschnitt 72 ausgebildet.
Das Schnittstellenmodul 4 ist so an dem Abtriebsabschnitt 36 angebracht, dass es durch den Längsschlitz 74 des Hüllkörpers 67 hindurchragt. Bei der Antriebsbewegung 8 verlagert sich das Schnittstellenmodul 4 entlang des Längsschlitzes 74, dessen Länge so bemessen ist, dass er den Hubweg des Schnittstellenmoduls 4 nicht blockiert.
Zweckmäßigerweise ist der Längsschlitz 74 kürzer als der rohrförmige Wandabschnitt 72 des Hüllkörpers 67, sodass der Längsschlitz 74 insgesamt die Form einer länglichen fensterartigen Wandaussparung des rohrförmigen Wandabschnittes 72 hat.
Der Schnittstellenmodulkörper 38 hat einen inneren Modulkörperabschnitt 75, der sich im Innern des Hüllkörper-Innenraumes 68 befindet und an dem die erste mechanische Befestigungsschnittstelle 42 ausgebildet ist.
Der Schnittstellenmodulkörper 38 hat außerdem einen äußeren Modulkörperabschnitt 76, der außerhalb des Hüllkörpers 67 liegt und an dem die zweite Befestigungsschnittstelle 43 ausgebildet ist.
Gemäß dem illustrierten bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der innere Modulkörperabschnitt 75 einen inneren Befestigungssockel 77, während der äußere Modulkörperabschnitt 76 einen äußeren Befestigungssockel 78 hat. Der innere Befestigungssockel 77 weist die erste Montagefläche 46 auf, während die zweite Montagefläche 47 an dem äußeren Befestigungssockel 78 ausgebildet ist.
Beide Befestigungssockel 77, 78 sind in der Achsrichtung der Querachse 38c zumindest partiell breiter als der Längsschlitz 74 des Hüllkörpers 67.
Die beiden Befestigungssockel 77, 78 sind durch einen Verbindungssteg 82 des Schnittstellenmodulkörpers 38 einstückig miteinander verbunden. Der Verbindungssteg 82 erstreckt sich durch den Längsschlitz 74 hindurch und ist in der Achsrichtung der Querachse 38c relativ schmal, sodass auch die Schlitzbreite des Längsschlitzes 74 sehr gering ausgebildet sein kann. Der Verbindungssteg 82 erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte in der Achsrichtung der Längsachse 38b gemessene Länge des Schnittstellenkörpers 38.
Die in der Achsrichtung der Hochachse 38a gemessene Höhe des Verbindungssteges 82 ist bevorzugt größer als die Wanddicke des Hüllkörpers 67 in dem den Längsschlitz 74 umrahmenden Bereich, sodass ein innerer Abschnitt des Verbindungssteges 82 zu dem inneren Modulkörperabschnitt 75 und ein äußerer Abschnitt des Verbindungssteges 82 zu dem äußeren Modulkörperabschnitt 76 gehört.
Das Schnittstellenmodul 4 hat außer seiner Befestigungsfunktion bevorzugt auch noch die Funktion einer Übertragung des fluidischen Druckmediums und des elektrischen Stroms zwischen den stationären Bestandteilen des Antriebssystems 1 und der Arbeitseinheit 3.
In diesem Zusammenhang ist der Schnittstellenmodulkörper 38 in nicht weiter dargestellter Weise zweckmäßigerweise von mindestens einem Fluidübertragungskanal und von mindestens einem Stromübertragungskanal durchsetzt. Während exemplarisch nur ein einziger Stromübertragungskanal vorhanden ist, verfügt das Ausführungsbeispiel über zwei Fluidübertragungskanäle.
Jeder Fluidübertragungskanal mündet mit einer inneren KanalÖffnung 92a an dem inneren Modulkörperabschnitt 75 und mit einer äußeren Kanalöffnung 92b an dem äußeren Modulkörperabschnitt 76 aus. Außerdem mündet jeder Stromübertragungskanal mit einer inneren Kanalöffnung 93a an dem inneren Modulkörperabschnitt 75 und mit einer äußeren Kanalöffnung 93b an dem äußeren Modulkörperabschnitt 76 aus.
An jeder inneren Kanalöffnung 92a ist zweckmäßigerweise eine innere Schlauchanschlusseinheit 94a angeordnet, die ausgebildet ist, um in lösbarer Weise einen zur Führung eines fluidischen Druckmediums geeigneten flexiblen Fluidschlauch in lösbarer Weise anschließen zu können. In vergleichbarer Weise ist an jeder äußeren Kanalöffnung eine in den Figuren nicht sichtbare äußere Schlauchanschlusseinheit angeordnet.
Die Fluidübertragungskanäle im Schnittstellenmodulkörper 38 dienen zur Durchleitung eines fluidischen Druckmediums, das für den Betrieb der mindestens einen fluidischen Aktoreinrichtung 65 der Arbeitseinheit 3 verwendet wird. Das Druckmedium stammt von der weiter oben schon erwähnten Druckquelle P und wird, sofern wie beim Ausführungsbeispiel ein Hüllkörper 67 vorhanden ist, innerhalb des Hüllkörper-Innenraumes 68 durch eine biegeflexible Fluidschlauchanordnung 95 an die inneren Kanalöffnungen 92a des Schnittstellenmodulkörpers 38 herangeführt.
Die Fluidschlauchanordnung 95 hat einen Längenabschnitt, der als innerer Fluidschlauchabschnitt 95a bezeichnet sei und der die inneren Kanalöffnungen 92a der Fluidübertragungskanäle 92 mit der stationären fluidischen Haupt-Anschlusseinrichtung 17 verbindet, die zum einen an die Druckquelle P und zum anderen an die Drucksenke R angeschlossen ist. Der innere Fluidschlauchabschnitt 95a erstreckt sich zweckmäßigerweise ausschließlich in dem Hüllkörper-Innenraum 68.
Die fluidische Haupt-Anschlusseinrichtung 17 dient exemplarisch zur parallelen Fluidversorgung und Fluidentsorgung sowohl bezüglich des Linearantriebes 2 als auch bezüglich der Arbeitseinheit 3. Beispielsweise kann der innere Fluidschlauchabschnitt 95a wie abgebildet von den Ventilanschlusskanälen 23a, 23b abgezweigt sein. Das Anschließen an die inneren Kanalöffnungen 92a erfolgt mittels der daran angebrachten inneren Schlauchanschlusseinheiten 94a. Alternativ kann die Haupt-Anschlusseinrichtung 17 auch so ausgebildet sein, dass die Steuerventileinrichtung 16 und die Arbeitseinheit 3 unabhängig voneinander mit einer Druckquelle P und einer Drucksenke R verbindbar sind.
Bei der Antriebsbewegung 8 bewegen sich die inneren Schlauchanschlusseinheiten 94a zusammen mit dem Schnittstellenmodul 4 unter Ausführung der Antriebsbewegung 8. Dabei kann sich der innere Fluidschlauchabschnitt 95a flexibel verbiegen.
Außerhalb des Hüllkörpers 67 setzt sich die biegeflexible Fluidschlauchanordnung 95 mit einem als äußerer Fluidschlauchabschnitt 95b bezeichneten separaten Längenabschnitt fort, der einenends über die äußeren Schlauchanschlusseinheiten 94b an die äußeren Kanalöffnungen 92b der Fluidübertragungskanäle 92 und andernends an die fluidische Arbeitsanschlusseinrichtung 65 der Arbeitseinheit 3 angeschlossen ist. Die biegeflexible Fluidschlauchanordnung 95 setzt sich also aus dem an das Schnittstellenmodul 4 herangeführten inneren Fluidschlauchabschnitt 95a und aus dem von dem Schnittstellenmodul 4 abgehenden äußeren Fluidschlauchabschnitt 95b zusammen.
Bevorzugt besteht die biegeflexible Fluidschlauchanordnung 95 aus zwei parallelen Fluidschlauchsträngen, wobei sich der innere Fluidschlauchabschnitt 95a und der äußere Fluidschlauchabschnitt 95b jeweils aus zwei funktionell parallelen individuellen biegeflexiblen Fluidschläuchen zusammensetzt. Über den einen Fluidschlauchstrang wird das fluidische Druckmedium von der Druckquelle P zugeführt, über den anderen Fluidschlauchstrang erfolgt die Abfuhr des Druckmediums zur Drucksenke R.
Die elektrische Stromversorgung der Arbeitseinheit 3 erfolgt mittels einer biegeflexiblen Stromkabelanordnung 97, die sich mit einem inneren Stromkabelabschnitt 97a in dem Hüllkörper-Innenraum 68 zwischen der internen elektronischen Steuereinrichtung 32 und der inneren Kanalöffnung 93a des Stromübertragungskanals des Schnittstellenmoduls 4 erstreckt. Der innere Stromkabelabschnitt 97a erstreckt sich zweckmäßigerweise ausschließlich in dem Hüllkörper-Innenraum 68.
Anders als die Fluidschlauchanordnung 95 erstreckt sich die Stromkabelanordnung 97 jedoch kontinuierlich auch durch den Schnittstellenmodulkörper 38 hindurch und endet erst an der elektrischen Arbeitsanschlusseinrichtung 66 der Arbeitseinheit 3 außerhalb des Hüllkörpers 67.
Der elektrische Strom wird durch das Schnittstellenmodul 4 also dadurch hindurchgeleitet, dass die für die Stromleitung vorgesehene biegeflexible Stromkabelanordnung 97 durch den Stromübertragungskanal 93 hindurch verlegt ist.
Die Stromkabelanordnung 97 hat einen als äußerer Stromkabelabschnitt 97b bezeichneten Längenabschnitt, der sich exemplarisch außerhalb des Hüllkörpers 67 zwischen dem Schnittstellenmodul 4 und der Arbeitseinheit 3 erstreckt. Ein den inneren und äußeren Stromkabelabschnitt 97a, 97b verbindender Zwischen-Stromkabelabschnitt erstreckt sich in nicht illustrierter Weise durch den Stromübertragungskanal des Schnittstellenmodulkörpers 38 hindurch.
Seitens der internen elektronischen Steuereinrichtung 32 ist die Stromkabelanordnung 97 bevorzugt an das mit der Regelungselektronik 31 ausgestattete Zusatzsteuermodul 32b angeschlossen.
Der innere Stromkabelabschnitt 97a der biegeflexiblen Stromkabelanordnung 97 kann sich bei der Linearbewegung des Schnittstellenmoduls 4 problemlos verbiegen, ohne Schaden zu nehmen.
Die biegeflexible Stromkabelanordnung 97 besteht zweckmäßigerweise aus einem biegeflexiblen flexiblen Buskabel, das die erforderliche Anzahl an elektrisch leitenden Adern aufweist, um zur Energieversorgung und/oder zur elektrischen Ansteuerung dienenden elektrischen Strom in entsprechend aufbereiteter Form übertragen zu können.
Die Stromkabelanordnung 97 ist exemplarisch mit der elektrischen Steuerleitung 34 als eine einheitliche Steuerleitung ausgeführt, die durch das Zusatz-Steuermodul 32 hindurchgeschleift ist. Die elektrische Steuerleitung 34 ist hier also ein Längenabschnitt der biegeflexiblen Stromkabelanordnung 97.
Der innere Fluidschlauchabschnitt 95a der Fluidschlauchanordnung 95 und der innere Stromkabelabschnitt 97a der Stromkabelanordnung 97 sind zweckmäßigerweise durch eine eine Längserstreckung aufweisende, quer zu ihrer Längserstreckung flexibel ausgebildete Stützeinrichtung 102 hindurchgeführt, die gleichzeitig eine Schutzwirkung entfaltet, indem sie die Fluidschlauchanordnung 95 und die Stromkabelanordnung 97 an unkontrollierten Bewegungen und an einem Einklemmen zwischen relativ zueinander bewegten Teilen hindert. Sofern ein Hüllkörper 67 vorhanden ist, befindet sich die Stützeinrichtung 102 innerhalb des Hüllkörper-Innenraumes 68.
Die Stützeinrichtung 102 ist bevorzugt von einer sogenannten Schleppkette 103 gebildet, was auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zutrifft.
Die Schleppkette 103 hat eine Vielzahl von gelenkig aneinandergereihten Kettengliedern 104, die einen axial durchgehenden Kettenhohlraum 105 umschließen, durch den hindurch sich die Fluidschlauchanordnung 95 und die Stromkabelanordnung 97 erstrecken.
Die Schleppkette 103 hat ein erstes Befestigungsende 106, mit dem sie ortsfest bezüglich des Antriebsgehäuses 6 montiert ist, wobei das erste Befestigungsende 106 exemplarisch an einer der beiden Befestigungsstreben 25 angebracht ist. Ein axial entgegengesetztes zweites Befestigungsende 107 der Schleppkette 103 ist am inneren Modulkörperabschnitt 75 des Schnittstellenmodulkörpers 38 befestigt. Dieser innere Modulkörperabschnitt 75 hat zur Anbringung des zweiten Befestigungsendes 107 eine dritte mechanische Befestigungsschnittstelle 108, die insbesondere zur Schraubbefestigung des zweiten Befestigungsendes 107 der Schleppkette 103 ausgebildet ist.
Beispielsweise weist die dritte Befestigungsschnittstelle 108 mehrere als Gewindelöcher ausgebildete Befestigungslöcher auf, an denen das zweite Befestigungsende 107 mittels Befestigungsschrauben 110 festgeschraubt ist.
Die Schleppkette 103 hat zweckmäßigerweise einen mindestens einmal abgebogenen Längsverlauf. Sie kann gemäß den Illustrationen einmal stirnseitig um das Schnittstellenmodul 4 herumgeführt sein.
An beiden Befestigungsenden 106, 107 ist der Kettenhohlraum 105 offen, um den Eintritt und Austritt der Fluidschlauchanordnung 95 und der Stromkabelanordnung 97 zu ermöglichen.
Das Antriebssystem 1 ist dahingehend ausgelegt, dass die interne elektronische Steuereinrichtung 32 unter Mitwirkung der Regelungselektronik 31 eine positionsgeregelte Bewegung der Antriebseinheit 7 hervorrufen kann. Diese positionsgeregelte Bewegung erfolgt in Verbindung mit einer Druckregelung des in den Antriebskammern 13a, 13b des Linearantriebes 2 herrschenden Fluiddruckes, der zur besseren Unterscheidung als Antriebsdruck bezeichnet wird.
Zur Erläuterung dieser geregelten Betriebsweise wird in 2 auf den vergrößerten umrahmten Ausschnitt verwiesen, der einen bevorzugten prinzipiellen Aufbau einer jeden der beiden Steuerventileinheiten 16a, 16b illustriert.
Demnach ist jede Steuerventileinheit 16a, 16b mit einer Drucksensoreinrichtung 113 ausgestattet, die den in der angeschlossenen Antriebskammer 13a, 13b herrschenden Antriebsdruck erfasst und die daher als Antriebsdruck-Sensoreinrichtung 113 bezeichnet wird. Die Druckerfassung erfolgt vorzugsweise in dem mit der betreffenden Antriebskammer 13a, 13b verbundenen Antriebskanal 14a, 14b. Jede Antriebsdruck-Sensoreinrichtung 113 ist über die elektrische Steuerleitung 33 mit der internen elektronischen Steuereinrichtung 32 elektrisch verbunden und kann auf diese Weise dem gemessenen Antriebsdruck entsprechende elektrische Drucksignale an die interne elektronische Steuereinrichtung 32 übermitteln.
Die Antriebsdruck-Sensoreinrichtungen 113 sind zwar bevorzugt in die Steuerventileinrichtung 16 integriert, können aber durchaus auch außerhalb der Steuerventileinrichtung 16 platziert sein.
Das Antriebssystem 1 enthält außerdem eine dem Linearantrieb 2 zugeordnete Wegmesseinrichtung 114. Die Wegmesseinrichtung 114 ist in der Lage, die aktuelle Hubposition der Antriebseinheit 7 als Ist-Hubposition zu erfassen. Über eine elektrische Signalleitung 115 ist die Wegmesseinrichtung 114 an die interne elektronische Steuereinrichtung 32 angeschlossen und ist auf diese Weise in der Lage, den Ist-Hubpositionen entsprechende elektrische Positionssignale an die interne elektronische Steuereinrichtung 32 zu übermitteln.
Wie die Antriebsdruck-Sensoreinrichtungen 113 ist auch die Wegmesseinrichtung 114 zweckmäßigerweise an das mit der Regelungselektronik 31 ausgestattete Zusatzsteuermodul 32b angeschlossen.
Die Wegmesseinrichtung 114 kann auf digitaler oder auf analoger Basis arbeiten. Vorzugsweise beruht ihre Funktion auf einem berührungslosen und beispielsweise magnetostriktiven oder induktiven Messprinzip. Durch die Wegmesseinrichtung 114 lässt sich jede aktuelle Ist-Hubposition der Antriebseinheit 7 erfassen und als elektrisches Positionssignal an die interne elektronische Steuereinrichtung 32 übermitteln.
Durch die Regelungselektronik 31 ist die Antriebseinheit 7 exakt in gewünschten Soll-Hubpositionen positionierbar, die ein in der internen elektronischen Steuereinrichtung 32 enthaltenes Steuerprogramm generiert und/oder die durch die externe elektronische Steuereinrichtung 35 von außen her vorgegeben werden.
Die Positionsregelung erfolgt im Zusammenhang mit einer Druckregelung der in den Antriebskammern 13a, 13b herrschenden Antriebsdrücke, wobei die von den Antriebsdruck-Sensoreinrichtungen 113 erzeugten elektrischen Drucksignale verarbeitet werden. Die interne elektronische Steuereinrichtung 32 steuert die beiden Steuerventileinheiten 16a, 16b so an, dass die Antriebsdrücke auf vorgegebene Sollwerte eingeregelt werden.
Mit Hilfe der Druckregelung kann die Antriebseinheit 7 größere Wegstrecken ihrer Antriebsbewegung 8 mit hoher Geschwindigkeit zurücklegen und dennoch zielgenau und ohne nennenswerte Überschwingungen in der angestrebten Soll-Hubposition gestoppt werden.
Längere Stoppzeiten können unter ergänzender Mitwirkung der eingangs erwähnten Feststellbremse zeitweilig zusätzlich mechanisch fixiert werden. Unabhängig davon kann die Feststellbremse auch als Sicherheitsmerkmal für Notfallbremsvorgänge genutzt werden oder auch zum dauerhaften Blockieren einer Hubposition im drucklosen Zustand des Antriebssystems 1. Das dabei zur Anwendung gelangende Bremsen-Steuerventil 15 ist zweckmäßigerweise an die interne elektronische Steuereinrichtung 32 angeschlossen, durch die es bedarfsgemäß elektrisch ansteuerbar ist.
Die Wegmesseinrichtung 114 hat zweckmäßigerweise ein bezüglich des Antriebsgehäuses 6 ortsfest fixiertes Statorteil 116, das beispielsweise leistenförmig ausgebildet ist. Es erstreckt sich bevorzugt parallel neben dem Antriebsgehäuse 6. Darüber hinaus hat die Wegmesseinrichtung 114 zweckmäßigerweise einen entlang des Statorteils 116 bewegbaren Läufer 117, der mit der Antriebseinheit 7 bewegungsgekoppelt ist und zur Ermittlung der Ist-Hubpositionen mit dem Statorteil 116 zusammenwirkt.
Zweckmäßigerweise ist das Antriebssystem 1 auch mit einer Versorgungsdruck-Sensoreinrichtung 118 ausgestattet, die den Versorgungsdruck des der Steuerventileinrichtung 16 von der Haupt-Anschlusseinrichtung 17 zugeführten fluidischen Druckmediums erfasst. Exemplarisch ist jeder Steuerventileinheit 16a, 16b eine eigene Versorgungsdruck-Sensoreinrichtung 118 zugeordnet. Jede Versorgungsdruck-Sensoreinrichtung 118 ist über eine elektrische Signalleitung 119 mit der internen elektronischen Steuereinrichtung 32 verbunden.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn das Antriebssystem 1 mindestens eine Fluidabgabedruck-Sensoreinrichtung 120 enthält, die in der Lage ist, den als Fluidabgabedruck bezeichneten Fluiddruck des von der Steuerventileinrichtung 16 an die Haupt-Anschlusseinrichtung 17 zurückströmenden fluidischen Druckmediums zu erfassen. Die Fluidabgabedruck-Sensoreinrichtung 120 ist zur Übertragung der erfassten Druckwerte über eine elektrische Signalleitung 121 an die interne elektronische Steuereinrichtung 32 angeschlossen.
Die Versorgungsdruck-Sensoreinrichtung 118 und die Fluidabgabedruck-Sensoreinrichtung 120 sind exemplarisch in die Steuerventileinrichtung 16 integriert, können aber auch abseits davon installiert sein. Sie können insbesondere auch in der Haupt-Anschlusseinrichtung 17 enthalten oder daran angebaut sein.
Vorzugsweise ist die Steuerventileinrichtung 16 eine piezoelektrische Steuerventileinrichtung, was auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zutrifft. Beispielhaft sind beide Steuerventileinheiten 16a, 16b als piezoelektrische Steuerventileinheiten 16a, 16b ausgeführt und enthalten jeweils eine Mehrzahl von elektrisch ansteuerbaren und betätigbaren Piezoventilen 124.
Die Piezoventile 124 enthalten als Aktorelement oder Aktorelemente insbesondere jeweils mindestens einen piezoelektrischen Biegewandler.
Die Betätigung der Piezoventile 124 erfordert in aller Regel eine Hochvolt-Ansteuerspannung. Um diese zu generieren, ist das Antriebssystem 1 zweckmäßigerweise mit einer Hochvoltstufe 125 ausgestattet, die bevorzugt in die interne elektronische Steuereinrichtung 32 integriert ist, wobei sie vorzugsweise als Bestandteil des Zusatzsteuermoduls 32b ausgebildet ist.
Jede Steuerventileinheit 16a, 16b ist zweckmäßigerweise so konzipiert, dass sie mit einer 3/3-Wege-Ventilfunktion betreibbar ist.
Zur Realisierung dieser 3/3-Wege-Funktionalität ist exemplarisch jede Steuerventileinheit 16a, 16b mit einer elektrisch betätigbaren Versorgungsventileinheit 126 und mit einer elektrisch betätigbaren Abgabeventileinheit 127 ausgestattet. Beide Ventileinheiten 126, 127 haben eine 2/2-Wege-Ventilfunktion. Die Versorgungsventileinheit 126 ist zwischen einer Antriebskammer 13a, 13b und die Druckquelle P eingeschaltet und ist in der Lage, die Fluidzufuhr zur jeweils angeschlossenen Antriebskammer 13a, 13b zu steuern. Die Abgabeventileinheit 127 ist zwischen die gleiche Antriebskammer 13a, 13b und die Drucksenke R eingeschaltet und ist in der Lage, die Fluidabgabe aus der jeweils angeschlossenen Antriebskammer 13a, 13b zu steuern. Da die beiden Ventileinheiten 126, 127 unabhängig voneinander ansteuerbar sind, lässt sich der in der jeweils angeschlossenen Antriebskammer 13a, 13b herrschende Fluiddruck sehr exakt regeln. Die in ein und derselben Steuerventileinheit 16a, 16b enthaltenen Ventileinheiten 126, 127 sind zweckmäßigerweise über eine der weiter oben schon erwähnten elektrischen Steuerleitungen 33 an die interne elektronische Steuereinrichtung 32 angeschlossen.
Zur Begünstigung eines großen Durchflusses kann jede Ventileinheit 126, 127 eine Gruppe von parallel geschalteten Ventilen umfassen. Exemplarisch enthält jede Versorgungsventileinheit 126 zwei Piezoventile 124 und jede Abgabeventileinheit 127 enthält drei Piezoventile 124. Die in der jeweils gleichen Ventilgruppe enthaltenen Piezoventile 124 werden durch die interne elektronische Steuereinrichtung 32 vorzugsweise stets gleichzeitig und gleichsinnig angesteuert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

GB 2481249 A [0002]
US 6068442 [0003]
DE 102016222255 B3 [0004]
EP 1125693 A1 [0005]

Claims

Antriebssystem, mit einem Linearantrieb (2), der ein Antriebsgehäuse (6) und eine diesbezüglich unter Ausführung einer linearen Antriebsbewegung (8) in der Achsrichtung einer Längsachse (5) des Linearantriebes (2) verfahrbare und in unterschiedlichen Hubpositionen positionierbare Antriebseinheit (7) aufweist, wobei die Antriebseinheit (7) über einen außerhalb des Antriebsgehäuses (6) zugänglichen Abtriebsabschnitt (36) verfügt, der sich bei der Antriebsbewegung (8) entlang eines Hubweges (37) bewegt und der eine Montageschnittstelle (42) aufweist, die zur Anbringung einer durch die Antriebsbewegung (8) der Antriebseinheit (7) linear verfahrbaren Arbeitseinheit (3) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, - (a) dass der Linearantrieb (2) ein doppeltwirkender fluidbetätigter Linearantrieb (2) ist, dessen Antriebseinheit (7) über einen in dem Antriebsgehäuse (6) angeordneten und mit dem Abtriebsabschnitt (36) bewegungsgekoppelten Antriebskolben (12a) verfügt, der in dem Antriebsgehäuse (6) zwei Antriebskammern (13a, 13b) axial voneinander abteilt, die zum Bewegen und Positionieren der Antriebseinheit (7) gesteuert mit einem fluidischen Druckmedium beaufschlagbar sind, - (b) dass am Antriebsgehäuse (6) des Linearantriebes (2) eine zur gesteuerten Fluidbeaufschlagung der beiden Antriebskammern (13a, 13b) ausgebildete, elektrisch betätigbare Steuerventileinrichtung (16) angeordnet ist, die einerseits über jeweils einen Antriebskanal (14a, 14b) mit den beiden Antriebskammern (13a, 13b) des Linearantriebes (2) in Fluidverbindung steht und andererseits zum Empfang und zur Abgabe eines fluidischen Druckmediums mit einer fluidischen Haupt-Anschlusseinrichtung (17) kommuniziert, die einen zur Verbindung mit einer Druckquelle (P) vorgesehenen Haupt-Fluidversorgungsanschluss (17a) und einen zur Verbindung mit einer Drucksenke (R) vorgesehenen Haupt-Fluidabgabeanschluss (17b) aufweist, - (c) dass am Antriebsgehäuse (6) des Linearantriebes (2) eine interne elektronische Steuereinrichtung (32) des Antriebssystems (1) angeordnet ist, die zu Ansteuerungszwecken mit der Steuerventileinrichtung (16) elektrisch verbunden ist, - (d) dass zwei zur Erfassung des in den beiden Antriebskammern (13a, 13b) herrschenden Fluiddruckes ausgebildete Antriebsdruck-Sensoreinrichtungen (113) vorhanden sind, die zur Übertragung von elektrischen Drucksignalen mit der internen elektronischen Steuereinrichtung (32) elektrisch verbunden sind, - (e) dass der Linearantrieb (2) mit einer zur Erfassung der momentanen Ist-Hubposition der Antriebseinheit (7) geeigneten Wegmesseinrichtung (114) ausgestattet ist, die zur Übertragung von elektrischen Positionssignalen mit der internen elektronischen Steuereinrichtung (32) elektrisch verbunden ist, - (f) dass die interne elektronische Steuereinrichtung (32) eine Regelungselektronik (31) enthält, durch die die Steuerventileinrichtung (16) unter Berücksichtigung der von der Wegmesseinrichtung (114) gelieferten Positionssignale und der von den beiden Antriebsdruck-Sensoreinrichtungen (113) gelieferten Drucksignale zur positionsgeregelten Betätigung der Antriebseinheit (7) druckgeregelt elektrisch ansteuerbar ist, - (g) dass an die interne elektronische Steuereinrichtung (32) eine biegeflexible Stromkabelanordnung (97) angeschlossen ist, die zur stromübertragenden elektrischen Verbindung der internen elektronischen Steuereinrichtung (32) mit mindestens einer elektrischen Aktoreinrichtung (63) der an der Montageschnittstelle (41) befestigten Arbeitseinheit (3) ausgebildet ist, und - (h) dass an die fluidische Haupt-Anschlusseinrichtung (17) eine biegeflexible Fluidschlauchanordnung (95) angeschlossen ist, die zur fluidübertragenden fluidischen Verbindung der fluidischen Haupt-Anschlusseinrichtung (17) mit mindestens einer fluidischen Aktoreinrichtung (54) der an der Montageschnittstelle (41) befestigten Arbeitseinheit (3) ausgebildet ist.
Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine an der Montageschnittstelle (41) der Antriebseinheit (7) angebrachte Arbeitseinheit (3) umfasst, die mindestens eine durch Fluidkraft betätigbare, mit der biegeflexiblen Fluidschlauchanordnung (95) verbundene fluidische Aktoreinrichtung (54) und mindestens eine elektrisch betätigbare, mit der biegeflexiblen Stromkabelanordnung (97) verbundene elektrische Aktoreinrichtung (63) aufweist.
Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine fluidische Aktoreinrichtung (54) der Arbeitseinheit (3) ein fluidbetätigter Drehantrieb (55) ist und/oder dass mindestens eine elektrische Aktoreinrichtung (63) der Arbeitseinheit (3) ein zu einer Steuerventileinrichtung (64) der Arbeitseinheit (3) gehörendes Ventil (64a) oder Ventilantrieb ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es ein mit einer ersten mechanischen Befestigungsschnittstelle (42) an der Montageschnittstelle (42) des Abtriebsabschnittes (36) der Antriebseinheit (7) befestigtes und mit einer zweiten mechanischen Befestigungsschnittstelle (43) an der Arbeitseinheit (7) befestigtes Schnittstellenmodul (4) aufweist, an dem sowohl die biegeflexible Fluidschlauchanordnung (95) als auch die biegeflexiblen Stromkabelanordnung (97) fixiert ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (2) ein mit Druckluft als fluidischem Druckmedium betriebener pneumatischer Linearantrieb (2) ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (2) von kolbenstangenloser Bauart ist, wobei der Antriebskolben (12a) durch eine periphere Gehäusewand (22a) des Antriebsgehäuses (6) hindurch mit dem außerhalb des Antriebsgehäuses (6) angeordneten Abtriebsabschnitt (36) antriebsmäßig gekoppelt ist, wobei die antriebsmäßige Kopplung zweckmäßigerweise mittels eines einen Längsschlitz (86) der peripheren Gehäusewand (22) durchsetzenden Mitnehmerabschnittes (87) der Antriebseinheit (7) erfolgt.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die biegeflexible Stromkabelanordnung (97) und die biegeflexible Fluidschlauchanordnung (95) durch eine einenends ortsfest bezüglich des Antriebsgehäuses (6) des Linearantriebes (2) und anderenends ortsfest bezüglich des Abtriebsabschnittes (36) der Antriebseinheit (7) befestigte, quer zu ihrer Längsrichtung flexible Stützeinrichtung (102) hindurchgeführt sind, die zweckmäßigerweise von einer Schleppkette (103) gebildet ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die interne elektronische Steuereinrichtung (32) eine elektrische Kommunikationsschnittstelle (39) zur Verbindung mit einer externen elektronischen Steuereinrichtung (35) aufweist, durch die zweckmäßigerweise eine von der Regelungselektronik (32) zu berücksichtigende Soll-Hubposition der Antriebseinheit (7) vorgebbar ist, wobei die externe elektronische Steuereinrichtung (35) zweckmäßigerweise ein Bestandteil des Antriebssystems (1) ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventileinrichtung (16) eine mit einer Mehrzahl von elektrisch ansteuerbaren Piezoventilen (124) ausgestattete piezoelektrische Steuerventileinrichtung (16) ist, wobei die interne elektronische Steuereinrichtung (32) eine Hochvoltstufe (125) zur Erzeugung einer Hochvolt-Ansteuerspannung für die Piezoventile (124) aufweist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventileinrichtung (16) zwei separate Steuerventileinheiten (16a, 16b) aufweist, die jeweils im Bereich eines der beiden axialen Gehäuse-Endabschnitte (18a. 18b) am Antriebsgehäuse (6) befestigt und jeweils über einen der beiden das Antriebsgehäuse (6) durchsetzenden Antriebskanäle (14a, 14b) fluidisch an eine der beiden Antriebskammern (13a, 13b) angeschlossen sind, derart, dass jede Antriebskammer (13a, 13b) durch eine eigene Steuerventileinheit (16a, 16b) fluidisch ansteuerbar ist.
Antriebssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Steuerventileinheit (16a, 16b) eine elektrisch betätigbare Versorgungsventileinheit (126) zur Steuerung der Fluidzufuhr zur angeschlossenen Antriebskammer (13a, 13b) und eine elektrisch betätigbare Abgabeventileinheit (127) zur Steuerung der Fluidabgabe aus der angeschlossenen Antriebskammer (13a, 13b) aufweist, die jeweils eine 2/2-Wege-Ventilfunktion haben und die unabhängig voneinander durch die interne elektronische Steuereinrichtung (32) betriebsmäßig ansteuerbar sind, derart, dass jede Steuerventileinheit (16a, 16b) mit einer 3/3-Wege-Ventilfunktion betreibbar ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die interne elektronische Steuereinrichtung (32) ein Hauptsteuermodul (32a) und ein diesbezüglich separates und mit dem Hauptsteuermodul (32) elektrisch verbundenes Zusatzsteuermodul (32b) aufweist, wobei in dem Zusatzsteuermodul (32b) die Regelungselektronik (32) sowie zweckmäßigerweise auch eine Hochvoltstufe (125) zur Erzeugung einer Hochvolt-Ansteuerspannung für Piezoventile (124) der Steuerventileinrichtung (16) enthalten ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Versorgungsdruck-Sensoreinrichtung (118) enthält, die den Versorgungsdruck des der Steuerventileinrichtung (16) von der Haupt-Anschlusseinrichtung (17) zugeführten fluidischen Druckmediums erfasst und die zur Übertragung von elektrischen Drucksignalen mit der internen elektronischen Steuereinrichtung (32) elektrisch verbunden ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Fluidabgabedruck-Sensoreinrichtung (120) enthält, die den Fluidabgabedruck des von der Steuerventileinrichtung (16) an die Haupt-Anschlusseinrichtung (17) abgegebenen fluidischen Druckmediums erfasst und die zur Übertragung von elektrischen Drucksignalen mit der internen elektronischen Steuereinrichtung (32) elektrisch verbunden ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Roboter (1a) bildet, wobei die Arbeitseinheit (3) ein Roboterarm (3a) des Roboters (1a) ist.