DE10203791B4

DE10203791B4 - Fluidische Arbeitseinheit mit integrierter Ansteuerelektronik

Info

Publication number: DE10203791B4
Application number: DE2002103791
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Müller; Bernd Dipl.-Ing. Ebeling; Detlef Dipl.-Ing. Saenger; Norbert Dipl.-Ing. Fortmann
Original assignee: Rexroth Mecman GmbH
Current assignee: Aventics GmbH
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: DE10203791A1

Abstract

Fluidische Arbeitseinheit (1) mit einem Druckmittelzylinder (2) zur fluidischen Energieübertragung, umfassend ein Zylindergehäuse (3) mit Zylinderboden (4) und Zylinderdeckel (5) und einen in einem Gehäuseinnenraum (6) beweglichen Kolben (7) mit mindestens einer zumindest den Zylinderdeckel (5) abgedichtet durchdringenden Kolbenstange (8) sowie mindestens einer einem Ventil zur Beaufschlagung des Druckmittelzylinders (2) zugeordneten Ansteuerelektronik (9), welche sich auf einer Elektronikplatine befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik (9) zumindest teilweise innerhalb einer sich in die Wandung des Druckmittelzylinders (2) benachbart zum außenradialen Bereich des Gehäuseinnenraums (6) achsparallel zur Kolbenstange (8) hineinerstreckenden Ausnehmung (10) untergebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine fluidische Arbeitseinheit mit einem Druckmittelzylinder zur fluidischen Energieübertragung, umfassend ein Zylindergehäuse mit Zylinderboden und Zylinderdeckel und einen in einem Gehäuseinnenraum beweglichen Kolben mit mindestens einer zumindest den Zylinderdeckel abgedichtet durchdringenden Kolbenstange sowie mindestens einer einem Ventil zur Beaufschlagung des Druckmittelzylinders zugeordneten Ansteuerelektronik, welche sich auf einer Elektronikplatine befindet.

Derartige Vorrichtungen finden in vielen Bereichen des Maschinenbaus Verwendung, insbesondere in der Automationstechnik, der Automobilbranche und weiteren allgemeinen Industrieanwendungen.

Aufgrund der weiten Verbreitung der vorliegenden Anwendung und der zahlreichen Verwendungs- und Einsatzmöglichkeiten sind verschiedene Richtlinien und Normen aufgestellt worden, die im Hinblick auf Standardisierung und Modularisierung, insbesondere die äußeren Abmaße und die Anschlussmaße regeln. Neben anderen Institutionen sind dabei insbesondere die Normen und Richtlinien des VDMAs – Verband deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V.- von maßgeblicher Bedeutung. Eine maßgebliche Norm beziehungsweise Richtlinie ist die VDMA 24562, welche die äußeren Abmaße einer modularen Arbeitseinheit angibt. Ein vielfältiger und vielseitiger Einsatz dieser Arbeitseinheiten lässt sich nur durch Einhaltung der entsprechenden Normen aufrecht erhalten, da sich nur so ein effizienter Einsatz solcher Vorrichtungen in verschiedensten Anwendungen realisieren lässt.

So ist aus der Offenlegungsschrift DE 41 08 158 A1 eine oberbegriffliche Arbeitseinheit bekannt. Die dort aufgeführte Arbeitseinheit besteht im Wesentlichen aus einem Druckmittelzylinder und einem Sensor, der einem in dem Zylinderboden des Druckmittelzylinders integriertem Ventil zugeordnet ist.

Bei der bekannten Arbeitseinheit tritt der Nachteil auf, dass nicht die gesamte Ansteuerelektronik platzsparend in einer den Normen und Richtlinien entsprechender Weise integriert ist. Insbesondere bietet die in der vorgenannten Offenlegungsschrift offenbarte Lösung keine Möglichkeit, eine Elektronikplatine, welche eine modulare Einheit der Ansteuerelektronik darstellt, platzsparend und normgerecht in der Arbeitseinheit unterzubringen.

Aus der Gebrauchsmusterschrift DE 201 03 579 ist ebenfalls eine oberbegriffliche Arbeitseinheit bekannt. Die dort aufgeführte Arbeitseinheit besteht im Wesentlichen aus einem Druckmittelzylinder und einer einem Ventil zugeordneten Ansteuerelektronik. Die Ansteuerelektronik ist hierbei in einem an dem Zylinderboden zusätzlich angebrachten Steuerungsgehäuse untergebracht.

Bei dem in der vorgenannten Gebrauchsmusterschrift offenbartem Stand der Technik tritt ebenfalls der Nachteil auf, dass nicht die gesamte Ansteuerelektronik platzsparend in einer den Normen und Richtlinien entsprechenden Arbeitseinheit integriert ist. Insbesondere bietet auch die in der vorgenannten Gebrauchsmusterschrift offenbarte Lösung keine Möglichkeit, eine Elektronikplatine, welche eine modulare Einheit der Ansteuerelektronik darstellt, platzsparend und normgerecht in der Arbeitseinheit unterzubringen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Arbeitseinheit zu schaffen, bei der die Ansteuerelektronik unter Ausnutzung eines begrenzten Arbeitsraums in die Arbeitseinheit integrierbar ist, wobei die maßgeblichen Normen und Richtlinien der entsprechenden Institutionen – beispielsweise des VDMAs – eingehalten werden und somit eine kompakte, alle wesentlichen Komponenten einer Arbeitseinheit umfassende, modulare Bauweise realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen derart gelöst, dass eine fluidische Arbeitseinheit mit einem Druckmittelzylinder zur fluidischen Energieübertragung, insbesondere eine als Pneumatikzylinder ausgebildete Arbeitseinheit, umfassend ein Zylindergehäuse, einen Zylinderboden, einen Zylinderdeckel und einen in einem Gehäuseinnenraum beweglichen Kolben mit mindestens einer den Zylinderboden beziehungsweise den Zylinderdeckel durchdringenden und einseitig abgedichteten Kolbenstange sowie mindestens einer einem Ventil zugeordneten Ansteuerelektronik, welche sich auf einer Elektronikplatine befindet, wobei die Ansteuerelektronik zumindest teilweise innerhalb einer sich in die Wandung des Druckmittelzylinders benachbart zum außenradialen Bereich des Gehäuseinnenraums achsparallel zur Kolbenstange hinein erstreckende Ausnehmung untergebracht ist.

Diese Lösung bietet den Vorteil, dass eine Arbeitseinheit bereitgestellt ist, bei der die Ansteuerelektronik in der Arbeitseinheit, genauer dem Druckmittelzylinder, platzsparend untergebracht ist. Zudem kann auf ein zusätzliches Gehäuse zur Unterbringung der Ansteuerelektronik verzichtet werden, was zu einer Reduzierung der Teilevielfalt führt. Auch ist durch die Unterbringung der Komponenten in der Arbeitseinheit ein ansprechenderes Design der Arbeitseinheit realisierbar, da bei entsprechender Gestaltung des Gehäuses dieses eine durchgehende Gesamtkontur aufweist, welche nicht mehr durch angefügte, zusätzliche Gehäuse für die Ansteuerelektronik unterbrochen ist. Nicht zuletzt führt die Teilreduzierung auch zu einer Kostenersparnis, da Bauteile wegfallen, wodurch auch der Montageaufwand verringert wird. Der Montageaufwand wird zudem dadurch verringert, dass beim Austauschen der Elektronikplatine nicht mehr der gesamte Druckmittelzylinder, sondern lediglich ein Verschlusselement demontiert werden muss.

Eine die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass auch das Ventil in dem Bauraum der Arbeitseinheit integriert ist. Dadurch sind alle wesentlichen elektrischen und mechanischen Bauteile in einer Arbeitseinheit integriert.

Eine weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass die zumindest teilweise sich innerhalb einer, sich in die Wandung des Druckmittelzylinders hinein erstreckende Ausnehmung befindliche Ansteuerelektronik einen Drucksensor zur Bildung einer Druckregelung umfasst. Hierdurch ist auf einfache Weise eine Druckregelung realisierbar.

Noch eine weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass der Querschnitt des Kolbens nicht kreisförmig ausgebildet ist, um eine Verdrehsicherung zu schaffen.

Nach einer möglichen Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Querschnitt des Kolbens und des Gehäuseinnenraums der Antriebseinheit als eine elliptische Querschnittsfläche ausgebildet ist, um eine in einem im Wesentlichen quadratischen Außenquerschnitt ausreichend verbleibende Wanddicke für die Ausnehmung zu schaffen. Auf diese Weise lässt sich ausreichend Bauraum zur Unterbringung aller mechanischen und elektrischen beziehungsweise elektronischen Komponenten bei Einhaltung der Maße gemäß VDMA 24562 realisieren.

Noch eine mögliche Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Achse der elliptisch ausgebildeten Querschnittsfläche des Kolbens beziehungsweise des Gehäuseinnenraums nicht koaxial zu der Achse des Druckmittelzylinders liegt und die rechteckige Ausnehmung für die Ansteuerelektronik sich auf der Seite des elliptischen Kreisquerschnitts befindet, die zwischen einem der beiden Endpunkte der kürzeren der beiden Halbachsen der Ellipse des elliptischen Kreisquerschnitts und der in Verlängerung der kürzeren Halbachse der Ellipse des elliptischen Kreisquerschnitts liegenden Außenseiten des Druckmittelzylinders die dickste Wandung aufweist. Durch die nicht-koaxiale Lage der Querschnittsfläche des Kolbens beziehungsweise des Gehäuseinnenraums lässt sich ausreichend Platz für die zu integrierenden Komponenten bei ausreichender Wandstärke und unter Einhaltung der Maße nach VDMA 24562 bereitstellen.

Zudem ist es von Vorteil, wenn die Ausnehmung zur Integration der Ansteuerelektronik beidseitig der elliptisch ausgebildeten Querschnittsfläche des Kolbens beziehungsweise des Gehäuseinnenraums angeordnet ist.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Ausnehmung zur Integration der Ansteuerelektronik durch das gesamte Zylindergehäuse durchgängig ausgeformt ist, wobei der notwendige Verschluss durch ein Verschlusselement realisiert ist. So lässt sich das Zylindergehäuse durch einfache Fertigungsprozesse, beispielsweise durch Stranggießen oder Tiefziehen fertigen. Zudem lässt sich die Elektronikplatine einfach durch Öffnen des Verschlusselements austauschen, ohne dass der gesamte Druckmittelzylinder demontiert beziehungsweise montiert werden muss.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben oder werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine schematische Seitenansicht einer Arbeitseinheit mit einem Ausbruch;
2 eine schematische Seitenansicht einer Arbeitseinheitvariante mit einem Ausbruch; und
3 einen Querschnitt durch eine Arbeitseinheit.
Die Arbeitseinheit 1 nach 1 besteht im Wesentlichen aus einem Druckmittelzylinder 2, welcher ein Zylindergehäuse 3, einen Zylinderboden 4 und einen Zylinderdeckel 5 umfasst, wobei zumindest der Zylinderdeckel 5 eine Durchgangsöffnung für die Kolbenstange 8 aufweist. Das Zylindergehäuse 3 weist einen Gehäuseinnenraum 6 auf, in dem sich beweglich ein Kolben 7, welcher über mindestens eine Kolbenstange 8 bewegt wird, befindet. Der Kolben 7 besitzt in radialer Richtung im Wesentlichen die gleichen Ausmaße und die gleiche Kontur wie der Gehäuseinnenraum 6 und wird dadurch entlang der Wand des Gehäuseinnenraums 6 geführt. Gehäuseinnenraum 6 und Kolben 7 weisen vorzugsweise beide eine elliptische Kontur in radialer Ebene auf. In der Wandung des Zylindergehäuses 3 ist eine durchgängige Ausnehmung 10 ausgebildet, in der die eine Elektronikplatine umfassende Ansteuerelektronik 9 der Arbeitseinheit 1 untergebracht ist. Die Ausnehmung 10 ist im Wesentlichen quaderförmig und bietet ausreichend Raum für die flächige Elektronikplatine. Der das Zylindergehäuse 3 abschließende Zylinderboden 4 ist zweigeteilt, wobei der an dem Zylindergehäuse 3 anschließende erste Teil des Zylinderbodens 4 mit einer in Verlängerung der Ausnehmung 10 des Zylindergehäuses 3 liegenden Ausnehmung 10 ausgebildet ist, welche den gleichen Querschnitt wie die Ausnehmung 10 des Zylindergehäuses 3 aufweist und mit diesem in Deckung liegt und die Ausnehmung 10 somit in axialer Richtung fortführt. Der zweite Teil des Zylinderbodens 4 ist als ein Verschlusselement 11 ausgebildet und mit dem ersten Teil des Zylinderbodens 4 lösbar befestigt. Die durch das Zylindergehäuse 3 und den ersten Teil des Zylinderbodens 4 durchgehende Ausnehmung 10 ragt in das als Abdeckkappe ausgebildete Verschlusselement 11 hinein, durchdringt diese aber nicht und bildet somit eine axiale Begrenzung der Ausnehmung 10. Bei einem Wechsel der Ansteuerelektronik 9 wird nur das Verschlusselement 11 demontiert beziehungsweise montiert, um die Ansteuerelektronik 9 auszutauschen. Die Ansteuerelektronik 9 ist mit einer an der Wandung der Ausnehmung 10 des als Abdeckkappe ausgebildeten Verschlusselements 11 angebrachten Verbindungseinheit 12 lösbar verbindbar.
2 stellt eine ähnliche Arbeitseinheit 1 wie 2 dar. Allerdings ist in 2 im Unterschied zu 1 der Zylinderboden 4 einteilig ausgebildet. Der Zylinderboden 4 weist im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie der erste Teil des in 1 beschriebenen ersten Teils des Zylinderbodens 4 auf. Die durchgängige Ausnehmung 10, die der in 1 beschriebenen Ausnehmung 10 des ersten Teils des Zylinderbodens 4 entspricht, ist allerdings mit einem kleineren, als Abdeckkappe ausgebildeten Verschlusselement 11 verschlossen, welches lösbar an dem Zylinderboden 4 angebracht ist. Zudem ist hier die Verbindungseinheit 12 nicht wie in 1 beschrieben in dem Verschlusselement befestigt, sondern an der Wandung der Ausnehmung 10 in dem Zylinderboden 4 und zwar an der von der Druckmittelzylinderachse radial entfernt liegenden Seite der Ausnehmung 10.
In 3 ist ein Querschnitt durch das Zylindergehäuse 2 der Arbeitseinheit 1 dargestellt. Die Querschnittsfläche des Zylindergehäuses 2 ist im Wesentlichen quadratisch. In diesem quadratischen Querschnitt ist eine Ausnehmung 10 mit elliptischer Querschnittsfläche ausgebildet, deren Längsachse sich koaxial zu der Längsachse des Zylindergehäuses 3 befindet. Auf den Seiten der elliptischen Querschnittsfläche, auf denen sich die kürzeren Halbachsen der Ellipse der Außenkontur der Querschnittsfläche des Kolbens 7 beziehungsweise des Gehäuseinnenraums 6 befinden, sind je Seite zwei Ausnehmungen 10 ausgebildet, wobei je Seite jeweils eine Ausnehmung 10 eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsfläche zur Aufnahme der als Elektronikplatine ausgebildeten Ansteuerelektronik 9 aufweist und eine Ausnehmung 10 eine im Wesentlichen runde Querschnittsfläche zur Aufnahme eines Zugankers (nicht dargestellt) aufweist. Die Ausnehmungen 10 sind über eine Diagonale spiegelsymmetrisch angeordnet.

1: Arbeitseinheit
2: Druckmittelzylinder
3: Zylindergehäuse
4: Zylinderboden
5: Zylinderdeckel
6: Gehäuseinnenraum
7: Kolben
8: Kolbenstange
9: Ansteuerelektronik
10: Ausnehmung
11: Verschlusselement
12: Verbindungseinheit

Claims

Fluidische Arbeitseinheit (1) mit einem Druckmittelzylinder (2) zur fluidischen Energieübertragung, umfassend ein Zylindergehäuse (3) mit Zylinderboden (4) und Zylinderdeckel (5) und einen in einem Gehäuseinnenraum (6) beweglichen Kolben (7) mit mindestens einer zumindest den Zylinderdeckel (5) abgedichtet durchdringenden Kolbenstange (8) sowie mindestens einer einem Ventil zur Beaufschlagung des Druckmittelzylinders (2) zugeordneten Ansteuerelektronik (9), welche sich auf einer Elektronikplatine befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik (9) zumindest teilweise innerhalb einer sich in die Wandung des Druckmittelzylinders (2) benachbart zum außenradialen Bereich des Gehäuseinnenraums (6) achsparallel zur Kolbenstange (8) hineinerstreckenden Ausnehmung (10) untergebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch das Ventil in dem Bauraum der Arbeitseinheit (1) integriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sich zumindest teilweise in die Ausnehmung (10) des Druckmittelzylinders (2) hinein erstreckende Ansteuerelektronik (9) einen Drucksensor zur Bildung einer Druckregelung umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Kolbens (7) nicht kreisförmig ausgebildet ist, um eine Verdrehsicherung für den Kolben (7) zu schaffen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Kolbens (7) und des Gehäuseinnenraums (6) des Druckmittelzylinders (2) als eine elliptische Querschnittsfläche ausgebildet ist, um eine in einem im Wesentlichen quadratischen Außenquerschnitt ausreichend verbleibende Wanddicke für die Ausnehmung (10) zu schaffen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der elliptisch ausgebildeten Querschnittsfläche des Kolbens (7) beziehungsweise des Gehäuseinnenraums (6) nicht koaxial zu der Achse des Druckmittelzylinders (2) liegt und die rechteckförmige Ausnehmung (10) für die Ansteuerelektronik (9) sich auf derjenigen Seite des elliptischen Kreisquerschnitts befindet, die zwischen einem der beiden Endpunkte der kürzeren der beiden Halbachsen der Ellipse des elliptischen Kreisquerschnitts und der in Verlängerung der kürzeren Halbachse der Ellipse des elliptischen Kreisquerschnitts liegenden Außenseiten des Druckmittelzylinders (2) die dickste Wandung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (10) zur Integration der Ansteuerelektronik (9) beidseitig der elliptisch ausgebildeten Querschnittsfläche des Gehäuseinnenraums (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (10) zur Integration der Ansteuerelektronik (9) längs in Axialrichtung durch das gesamte Zylindergehäuse (3) verläuft, wobei endseitig ein Verschlusselement (11) vorgesehen ist.