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Die
Erfindung betrifft eine Dreh-Linear-Einheit mit einem fluidisch
betätigbaren
Linear-Antrieb und
einem fluidisch betätigbaren
Drehantrieb, die integriert zueinander angeordnet sind.
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Fluidisch
betätigbare
Linearantriebe sind in verschiedensten Ausgestaltungen bekannt,
bspw. als doppelt wirkende Pneumatik- oder Hydraulikzylinder, die
auch als Linear-Motoren
bezeichnet werden. Fluidisch betätigbare
Dreh- bzw. Schwenkantriebe sind bspw. als sogenannte Schwenkflügelantriebe
bekannt. An Stelle eines Kolbens ist ein Schwenkflügel mit
einer Abtriebswelle fest verbunden. Durch Druckbeaufschlagung der
beiden Flügelseiten
wird der Schwenkflügel
hin und her bewegt und erzeugt über die
Abtriebswelle eine begrenzte Schwenkbewegung mit einem Schwenkwinkel
zwischen 0 und ca. 300°. Typischerweise
ist der Schwenkwinkel durch eine äußere Begrenzung mit Anschlagklötzen o.
dgl. einstellbar.
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Soll
neben einer Linearbewegung mit dem gleichen Stellelement eine Dreh-
bzw. Schwenkbewegung erzeugt werden, so kann ein Linear-Antrieb mit
einem Schwenkantrieb kombiniert werden. Eine derartige Dreh-Linear-Einheit
ist aus der
DE 42 29 989
A1 bekannt. Ein Drehantrieb und ein Linearantrieb sind
in Richtung einer Längsachse
eines Abtriebteils derart aufeinander folgend angeordnet, dass der
Drehantrieb der Rückseite
der Einheit zugeordnet ist und der Linearantrieb axial zwischen
dem Drehantrieb und dem Arbeitsabschnitt des Abtriebsteils angeordnet
ist.
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Eine
weitere Dreh-Linear-Einheit ist in der
EP 0 911 530 A1 beschrieben.
Diese Dreh-Linear-Einheit
weist einen Drehantrieb und einen Linearantrieb auf. Mit der Antriebswelle
des Drehantriebs ist eine Lagerstange verbunden, die koaxial in
die Abtriebseinheit des Linearantriebes hineinragt.
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Ein
Ziel der Erfindung besteht darin, eine möglichst kompakte Dreh-Linear-Einheit
in integrierter Bauweise mit fluidischer Betätigung zur Verfügung zu
stellen, die eine präzise
Linear- und Schwenkbewegung ermöglicht.
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Dieses
Ziel der Erfindung wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs
erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den abhängigen
Ansprüchen.
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Eine
erfindungsgemäße Dreh-Linear-Einheit weist
einen fluidisch betätigbaren
Linearantrieb und einen fluidisch betätigbaren Drehantrieb auf, die
eine integrierte Anordnung aufweisen. Mit integrierter Anordnung
ist insbesondere eine Anordnung gemeint, bei der die Antriebe ineinander
und/oder koaxial zueinander angeordnet sind. Diese integrierte bzw.
koaxiale Anordnung der beiden Antriebe ermöglicht eine hochintegrierte
und sehr kompakte Baueinheit, bei der die kombinierte Schwenk- und
Lineareinheit wesentlich kürzer
als bekannte Dreh- bzw. Schwenk-Lineareinheiten baut. Als Schwenk-
bzw. Drehantrieb kommt vorzugsweise ein fluidisch betätigbarer
Schwenkflügelmotor
zum Einsatz. Als Linearantrieb kommt vorzugsweise eine fluidisch
betätigbare
linear wirkende Verschiebeinheit zum Einsatz. Die kompakte und integrierte
Bauweise der erfindungsgemäßen Dreh-Linear-Einheit
kann durch eine integrierte bzw. koaxiale Anordnung einer rotatorisch wirkenden
Drehwelle und einer linear verschiebbaren Kolbenstange erreicht
werden. Hierbei weist der Linearantrieb vorzugsweise einen doppelt
wirkenden Hubzylinder auf, der in beiden Richtungen Arbeit verrichten
kann. Die Kolbenstange des Linearantriebs ist zweckmäßigerweise
als Hohlwelle ausgestaltet. Im Inneren der Hohlwelle kann sich eine
Drehwelle des Schwenkflügelmotors
bewegen.
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Eine
koaxiale Anordnung ist jedoch nicht unbedingt notwendig, da bspw.
auch eine Kolbenstange mit unsymmetrischem Querschnitt verwendet
werden kann, in deren hohlzylindrischer Bohrung die Drehwelle des
integrierten Drehantriebs drehbar gelagert sein kann.
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Der
Drehantrieb kann gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung ein stirnseitig am Linearantrieb angeordnetes
Abtriebselement aufweisen. Das Abtriebselement kann bspw. mit einem
geeigneten Adapter zur Realisierung einer gewünschten Funktion versehen sein.
Bspw. kann an der Abtriebswelle des Drehantriebs ein weiterer Anschluss
für ein Druckfluid
vorgesehen sein, um die Adapterplatte mit weiteren Aktoren ausstatten
zu können.
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Der
Drehantrieb weist einen durch Schwenkwinkelanschläge begrenzten
Schwenkwinkel von vorzugsweise ca. 150-300° auf. Die Schwenkwinkelanschläge des Drehantriebs
sind dabei vorzugsweise einstellbar ausgebildet, so dass ein für die jeweilige
Anwendung gewünschter
maximaler Schwenkwinkel manuell eingestellt werden kann.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Dreh-Linear-Einheit
einen zentralen ersten Versorgungsanschluss für Steuerfluid auf. Dieser zentrale
erste Versorgungsanschluss ist vorzugsweise an einer dem Abtriebselement
gegenüber liegenden
hinteren Stirnseite der Dreh-Linear-Einheit angeordnet. Der zentrale
erste Versorgungsanschluss dient zur Versorgung der gesamten Dreh-Linear-Einheit
mit Druckfluid und vermeidet zusätzliche Leitungsanschlüsse, bspw.
an Gehäuseseitenwänden oder
an einer vorderen Seite der Dreh-Linear-Einheit. Auf diese Weise
können
externe Leitungen vermieden werden, die bei einer Verschiebebewegung
des doppelt wirkenden Hubzylinders stören könnten.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass am Abtriebselement
zweite Versorgungsanschlüsse
für einen
oder mehrere fluidisch betätigbare
Aktoren vorgesehen sind. Auf diese Weise können an der Adapterplatte weitere
Aktoren angeschlossen werden, die von einer zentralen Druckfluidversorgung
gespeist werden. Solche Aktoren können bspw. ein Saugmodul, ein
Greifmodul o. dgl. sein. An der Einheit sind dabei keinerlei störende Fluidleitungen
vorgesehen.
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Die
Kolbenstange des Linearantriebs weist vorzugsweise integrierte Fluiddurchführungen
für das
Steuerfluid des Linearantriebs und/oder des Drehantriebs auf. Die
Drehwelle des Drehantriebs weist vorzugsweise integrierte Fluiddurchführungen für das Steuerfluid
des Linearantriebs und/oder des Drehantriebs auf.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Schwenkflügelmotor
des Drehantriebs einen in einer Kammer der Kolbenstange schwenkbaren
und mit der Drehwelle verbundenen Schwenkflügel umfasst. Das Drehmoment
der Schwenkeinheit kann durch entsprechende Anpassung des Schwenkflügels in
der Kolbenstange variiert werden. Ein kurzer Schwenkflügel ermöglicht ein
relativ geringes Drehmoment, jedoch eine sehr kompakte Bauweise.
Wird ein höheres
Drehmoment des Drehantriebs benötigt,
so kann der Schwenkflügel
entsprechend länger
ausgebildet sein. Dies bedingt möglicherweise,
jedoch nicht zwingend eine Verlängerung der
Baueinheit. Je nachdem, welche Baulänge der Schwenkflügel aufweist,
kann ggf. der Drehantrieb in einer Richtung axial verlängert werden.
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In
der Kammer der Kolbenstange kann ein demontierbares Trennelement
vorgesehen sein, das als Kammertrennung wirkt. Gemäß einer
ersten konstruktiven Ausgestaltung weist der Schwenkflügel eine
größere axiale
Erstreckung auf als das Trennelement. Der Schwenkflügel ist
bei einer größeren axialen
Erstreckung als das Trennelement in seitlichen Nuten der Drehwelle
zusätzlich
abgestützt
und kann dadurch eine höhere
Steifigkeit erfahren. Zudem wird der Schwenkflügel durch jeweils einseitige
Druckbeaufschlagung in diese randseitigen Nuten gedrückt und
sorgt dabei für
eine bessere Abdichtung als dies bei gleicher Länge wie das Trennelement der
Fall wäre.
Eine alternative Ausgestaltung sieht eine gleiche axiale Länge von
Trennelement und Schwenkflügel vor.
Hierbei kann der Schwenkflügel
ggf. über
zusätzliche
seitliche Stützsegmente
verfügen,
die in entsprechende Ausnehmungen der Drehwelle eingefügt sind
und die für
eine seitliche Führung
und Abstützung
des Schwenkflügels
sorgen. Bei dieser Ausgestaltung sind vorzugsweise seitliche Kammerdichtungen
vorgesehen, die bis unmittelbar an die Stirnseiten des Schwenkflügels sowie
des Trennelements grenzen.
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Der
Schwenkflügel
kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung aus Kunststoff,
bspw. aus faserverstärktem
Kunststoff bestehen. Um den auftretenden, relativ hohen Belastungen
standhalten zu können,
kann der Schwenkflügel
vorteilhafterweise aus mit Kohlefaser verstärktem Kunststoff gefertigt sein.
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Die
Drehwelle kann in der Kolbenstange bspw. gleitgelagert sein. Die
Einheit ist dadurch sehr kompakt und zudem reibungsoptimiert. Es
entstehen keine zusätzlichen
Reibungsverluste dadurch, dass sich die Schwenkeinheit bspw. auf
einer Vierkantwelle gleitend bewegen muss. Ebenso möglich ist
eine Wälzlagerung
der Drehwelle in der Kolbenstange, bspw. mittels Kugelumlaufbuchsen
o. dgl. Auf diese Weise kann bei ausreichender Kompaktheit eine
sehr exakte und reibungsarme Führung
erreicht werden.
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Um
für die
Lineareinheit einen maximalen Auszugweg zu definieren, ist vorzugsweise
ein doppelt wirkender Linearhubanschlag der Kolbenstange im Gehäuse vorgesehen.
Diese extern angebrachten Hubanschläge können in einer vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung mit Stoßdämpfern versehen sein um einen
harten Anschlag in den Endstellungen zu verhindern. Vorzugsweise
weist auch die Schwenkeinheit jeweils an ihren Drehbegrenzungsanschlägen Stoßdämpfer auf.
Der Schwenkbereich für
den Drehantrieb kann auf einfache Weise durch Verstellen der Drehwinkelanschläge variiert
werden. Der Linearhub kann auf einfache Weise durch Verstellen der
Linearanschläge
oder bspw. durch Einsetzen unterschiedlich langer Anschlagbolzen
variiert werden.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Verdrehsicherung
der Kolbenstange im Gehäuse
vor. Diese kann bspw. durch relativ steife Führungsstangen realisiert sein,
die in ebenfalls sehr steifen Lineargleitlagern entlang laufen.
Diese Führungsstangen
versteifen die Einheit auch in ausgefahrenem Zustand sehr gut, wohingegen
bei vergleichbaren Einheiten im ausgefahrenem Zustand nur die Kolbenstange
trägt.
Es ist somit eine hohe Positioniergenauigkeit erreichbar.
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Zusammenfassend
ergeben sich die folgenden Vorteile der erfindungsgemäßen integrierten Dreh-Linear-Einheit.
Durch die hoch integrierte Bauweise, bei der die Funktionseinheiten
sehr kompakt ineinander angeordnet sind, baut die Dreh- bzw. die Schwenk-Linear-Einheit
wesentlich kompakter und kürzer
als bekannte Einheiten. Durch den Kolben der Lineareinheit wird
ansonsten nicht genutzter Bauraum optimal zur Integration der Komponenten
genutzt.
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Die
Einbaulage kann auf beliebige Weise erfolgen. Es gibt keinerlei
Einschränkungen
hinsichtlich einer bevorzugten Ausrichtung der Einheit.
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Das
mit der Schwenkeinheit erzielbare Drehmoment kann durch eine entsprechende
Längenanpassung
des Schwenkflügels
in der Kolbenstange in weiten Grenzen variiert werden. Bei einer
Erweiterung der Schwenkeinheit in Längsrichtung wird die Lineareinheit
ansonsten nicht verändert.
Damit ist der Vorteil verbunden, dass für verschiedene Drehmomentbereiche
weitgehend die gleichen Bauteile verwendet werden können. Es
ist hierfür
lediglich die Länge
des Drehantriebs innerhalb des Linearantriebs anzupassen. Die Gesamtlänge der
Dreh-Linear-Einheit kann innerhalb weiter Grenzen unverändert bleiben.
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Der
Linearhub kann variabel auf die gesamte Hublänge ausgedehnt werden, indem
unterschiedlich lange Anschlagbolzen eingesetzt werden. Die Dreheinheit
kann einen variablen Schwenkwinkel aufweisen. Der maximal zulässige Schwenkwinkel kann
bspw. zwischen ca. 240 ° mit
montierten Stoßdämpfern und
mehr als 270 ° ohne
Stoßdämpfer variiert
werden. Eine Verringerung des zulässigen Schwenkwinkels ist je
nach Bedarf durch Verschieben der Drehwinkelanschläge problemlos
möglich.
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Die
Stoßdämpfer sind
sehr einfach zu integrieren. Es sind keine Adapterplatten oder sonstige zusätzlichen
Bauteile notwendig. Die zusätzlichen Führungsstangen
ermöglichen
einen sehr steifen Aufbau der erfindungsgemäßen Einheit auch im ausgefahrenen
Zustand der Lineareinheit. Durch den steifen Aufbau wird die Schwingungsneigung
des Systems auf ein Minimum reduziert, da die Einheit eine sehr
hohe Eigenfrequenz aufweist. Die Positioniergenauigkeit kann dadurch
deutlich erhöht
werden. Die Steifigkeit wird zudem durch die Führung der Führungsstangen in sehr steifen
Lineargleitlagern weiter erhöht.
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Die
erfindungsgemäße Einheit
weist sehr geringe Reibungsverluste auf, da die Schwenkeinheit bspw.
nicht auf einer Vierkantwelle gleitet, wie dies im Stand der Technik
der Fall ist.
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Alle
Fluidanschlüsse
sind zentral an der der Schwenkeinheit abgewandten Rückseite
der Lineareinheit angebracht. Die Einheit weist somit keinerlei störende Fluidschläuche oder
seitliche Fluidleitungen auf, die bruchgefährdet sind und ggf. an anderen Bauteilen
hängen
bleiben könnten.
Weiterhin weist die Einheit integrierte Fluiddurchführun gen
zur Versorgung der Schwenkeinheit sowie der Lineareinheit auf. Ein
weiterer wesentlicher Vorteil besteht in der Integration von zusätzlichen
Fluiddurchführungen
zur Versorgung eines Andockmoduls auf der schwenkbaren Adapterplatte
vorne an der Kolbenstange. Ein solches Andockmodul kann bspw. ein
Greifarm, ein Saugarm o. dgl. sein. Auch hierfür sind keine störenden externen
Fluidleitungen notwendig.
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Weitere
Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus
der folgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
hervor. Das die Erfindung nicht einschränkende Ausführungsbeispiel nimmt auf die
beiliegenden Zeichnungen Bezug. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Vorderansicht
der erfindungsgemäßen Dreh-Linear-Einheit,
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2 eine schematische Perspektivdarstellung
der Dreh-Linear-Einheit gemäß 1,
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3 eine Explosionsdarstellung
eines Teils der Dreh-Linear-Einheit mit Gehäuse und Drehwelle,
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4 eine weiter Explosionsdarstellung
der Dreh-Linear-Einheit mit Kolbenstange und darin angeordnetem
Drehantrieb,
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5 einen Längsschnitt
der erfindungsgemäßen Dreh-Linear-Einheit,
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6 einen Querschnitt entlang
der Schnittlinie VI-VI der 5,
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7 einen Querschnitt entlang
der Schnittlinie VII-VII der 5,
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8 einen weiteren schematischen
Längsschnitt
der Dreh-Linear-Einheit und
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9 und 10 jeweils einen Detailschnitt einer
alternativen Variante der Dreheinheit.
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Die
erfindungsgemäße Dreh-Linear-Einheit 200 wird
im Folgenden anhand der 1 bis 10 näher erläutert. Dabei sind gleiche Teile
grundsätzlich mit
gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher teilweise nicht
mehrfach erläutert.
Beschrieben wird eine Kompakteinheit zur Ausführung einer Linearbewegung
und einer Dreh- bzw. Schwenkbewegung. Hierzu sind beide Funktionsteile
ineinander angeordnet. Die Linearbewegung wird durch einen Gleichlaufzylinder
realisiert, der mit einem Druckmedium wie Luft oder Hydrauliköl beaufschlagt
wird. In einer Kolbenstange 14 (vgl. 5) der Lineareinheit befindet sich die
Schwenkeinheit. Die Schwenkbewegung wird durch ei nen mit einem Druckmedium beaufschlagten
und mit einer Drehwelle 12 verbundenen Schwenkflügel 28 realisiert.
Die Drehwelle 12 ist in der Kolbenstange 14 der
Lineareinheit gelagert und an ihrem arbeitsseitigen Ende aus ihr
heraus geführt,
so dass hier ein weiteres Arbeitselement wie bspw. ein Greifer angeschlossen
werden kann.
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Anhand
der schematischen Darstellungen der 1, 2, 5 und 8 wird
der grundsätzliche
Aufbau der erfindungsgemäßen Dreh-Linear-Einheit 200 erläutert. Die
Dreh-Linear-Einheit 200 umfasst
einen Linearantrieb 400 mit einer Verschiebeeinheit sowie
einen Drehantrieb 600, bestehend aus einem Schwenkflügelmotor.
Der Drehantrieb 600 weist ein Abtriebselement 31 auf,
das Schwenkbewegungen ausführen
kann. Sowohl Drehantrieb 600 wie auch Linearantrieb 400 sind
fluidisch betrieben und können
bspw. mit Druckluft oder mit einer geeigneten Hydraulikflüssigkeit
betrieben werden.
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Die
Verschiebeeinheit weist eine in einem Gehäuse 16 längs verschiebbare
Kolbenstange 14 auf, die mit einer vorderen Endplatte 26 versehen
ist (vgl. 5). Das Gehäuse 16 des
Linearantriebs 400 weist ein Rechteckprofil mit diversen
Bohrungen auf, das an beiden Seiten mit aufgeschraubten Deckeln 20, 24 verschlossen
ist.
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An
der vorderen Endplatte sind Schwenkwinkelanschläge 36 an jeweils einem
Klemmbock 50 befestigt, die für eine Winkelbegrenzung des
Drehantriebes 600 sorgen (vgl. 1, 2, 4 und 5). Hierbei ist am Abtriebselement ein
Anschlagfinger 37 vorgesehen, der an die Schwenkwinkelanschläge 36 anschlagen
kann und ggf. dort von Stoßdämpfern 41 abgebremst
wird. Das Gehäuse 16 weist
zwei rechteckige bzw. viereckige Gehäuseflansche auf, die an ihren
voneinander abgewandten Stirnseiten jeweils mit einem hinteren Gehäusedeckel 20 bzw.
mit einem vorderen Gehäusedeckel 24 verschlossen
sind. Das Gehäuse 16 hat
in einem mittleren Bereich zwischen den Gehäuseflanschen einen runden Querschnitt (vgl. 7). Durch eine Mittelachse
des Gehäuses 16 verläuft eine
große
durchgängige
Zylinderbohrung 18, welche die Druckkammer bzw. die zweite
Kammer 88 des Linearantriebs 400 darstellt. Die
Abdichtung der Druckkammer erfolgt axial durch O-Ringe jeweils zwischen
vorderem bzw. hinterem Gehäusedeckel 20, 24 und
Gehäuse 16.
Die radiale Abdichtung kann durch zwei Lippendichtungen 68 vorne
und hinten im Gehäuse 16 zur
Kolbenstange 14 hin ge währleistet
werden. Die Kolbenstange 14 ist durchgehend, d.h. beidseitig
des Kolbens und als Rohrquerschnitt ausgeführt.
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Die
Kolbenstange 14 weist zu beiden Seiten jeweils eine Endplatte 22, 26 auf,
in denen die Führungsstangen 34 verschraubt
sind.
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Die
Druckfluidversorgung erfolgt von der hinteren Stirnseite 21 über zwei
axiale Bohrungen in der Wand der Kolbenstange 14, die jeweils
dicht vor bzw. dicht hinter dem Kolben in die Druckkammer führen. Die
Bohrungen sind mit ersten Versorgungsanschlüssen 70 zur Druckfluidversorgung
verbunden. Dabei handelt es sich vorzugsweise um handelsübliche,
einschraubbare Stecknippel, an denen Druckluftleitungen bzw. Druckölleitungen
o. dgl. angeschlossen werden können.
Mit dem Druckfluid kann abwechselnd die eine oder die andere Seite
der Kammer mit Druck beaufschlagt werden. Die jeweils andere Seite
wird während
dessen entlüftet
bzw. entspannt, so dass der Kolben und damit die Kolbenstange 14 einen
Vor- und Rückhub
ausführen
kann. Durch die intern geführte
Druckfluidversorgung werden keine außerhalb des Gehäuses liegenden Druckfluidleitungen
benötigt.
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Zur
Verdrehsicherung der Kolbenstange 14 im Gehäuse 16 sind
wenigstens zwei Führungsstangen 34 vorgesehen,
die in entsprechenden Ausnehmungen des Gehäuses gleiten können und
mit der vorderen Endplatte 26 sowie der hinteren Endplatte 22 fest
verbunden sind (vgl. 2).
Zur Anschlagsbegrenzung sind erste Stoßdämpfer 40 vorgesehen, die
paarweise diagonal zueinander jeweils an den beiden Gehäuseflanschen 17 befestigt
sind und die einen Anschlag für
die hintere Endplatte 22 bzw. für die vordere Endplatte 26 darstellen.
Die ersten Stoßdämpfer 40 sind
jeweils als hydraulische Kleinstoßdämpfer mit integrierten Festanschlag
und induktivem Näherungsschalter
verstellbar in eingepresste Gewindebuchsen eingeschraubt. In den
anderen beiden Bohrungen sind Lineargleit- oder -kugellager 56 eingepresst
(vgl. 4), in denen die
Führungsstangen 34 laufen.
Möglich
ist bspw. auch eine Lagerung mittels Kugelumlaufbuchsen. Die Führungsstangen 34 dienen
neben der Verdrehsicherung zur Versteifung der Einheit im ausgefahrenen
Zustand.
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Die
Drehwelle 12 schließt
hinten bündig
mit der hinteren Endplatte 22 ab, während vorne ein kurzes Wellenstück über die
vordere Endplatte 26 hinaus ragt (vgl. 5). An diesem Wellenstück bzw. Abtriebselement 31 ist
eine Adapterplatte 32 zur Befestigung eines Greifers o.
dgl. (nicht dargestellt) befestigt. Die Adapterplatte 32 weist
eine Anschlagplatte bzw. einen Anschlagfinger 37 auf, die
gegen Kleinstoßdämpfer 41 mit
Bolzenvorlagerung, integrierten Festanschlägen und Näherungsschaltern läuft (vgl. 1). Die Adapterplatte 32 ist
vorzugsweise lösbar mit
dem Abtriebselement 31 verbunden, bspw. mit diesem verschraubt.
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Ein
beispielhafter Schwenkwinkel des Drehantriebs von ca. 180° ist in 1 verdeutlicht. Durch entsprechende
Verschiebung der an der vorderen Endplatte 26 verschiebbar
befestigten Klemmböcke 50 kann
der maximale Schwenkwinkel nach Wunsch und Bedarf variiert werden.
Eine Vergrößerung des maximalen
Schwenkwinkels kann auch dadurch erreicht werden, dass die zweiten
Stoßdämpfer 41 kleiner
ausgestaltet werden oder ggf. ganz entfallen und bspw. durch Gummipuffer
o. dgl. ersetzt werden. Der am Abtriebselement 31 bzw.
der Adapterplatte 32 befestigte Anschlagfinger 37 bildet
den Anschlag des Drehantriebs an den Schwenkwinkelanschlägen 36.
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An
der Adapterplatte 32, die mit dem Abtriebselement 31 lösbar verbunden
ist, können
weiterhin zweite Versorgungsanschlüsse 72 zur Druckluft- bzw.
Druckfluidversorgung eines an der Adapterplatte 32 befestigten
weiteren Aktors vorgesehen sein (vgl. 1).
Auf diese Weise ist es möglich,
die Adapterplatte 32 mit einem weiteren Antrieb oder Stellelement
zu verbinden, das zentral mit Druckfluid von der Dreh-Linear-Einheit
versorgt wird. Zu diesem Zweck werden Versorgungsanschlüsse an der
hinteren Endplatte 22 durch die Drehwelle bzw. die Kolbenstange 14 hindurchgeleitet
und als zweite Versorgungsanschlüsse 72 an
der vorderen Adapterplatte 32 herausgeführt.
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Anhand
der Explosionsdarstellungen der 3 und 4 ist der Zusammenbau der
erfindungsgemäßen Dreh-Linear-Einheit 200 verdeutlicht.
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5 zeigt einen schematischen
Längsschnitt
der Dreh-Linear-Einheit 200 mit deren wesentlichen Komponenten.
Insbesondere ist hier die koaxiale Anordnung der Kolbenstange 14 und
der darin drehbar gelagerten Drehwelle 12 verdeutlicht.
In die als Hohl rohr ausgeführte
Kolbenstange 14 mit Kolbendichtungen 58 ist im
vorderen Bereich der Drehantrieb 600 integriert (vgl. 5). Die Kolbenstange 14 ist
längsverschiebbar
und drehfest im Gehäuse 16 geführt. Die
Drehwelle 12 ist in einer passenden Bohrung der als Hohlwelle
ausgestalteten Kolbenstange 14 drehbar gelagert. Die Lagerung
erfolgt im gezeigten Ausführungsbeispiel über drei Gleitlager 66,
die bspw. als Teflonbuchsen o. dgl. ausgestaltet sein können. Ein
erstes Gleitlager 66 befindet sich an einem vorderen Ende
der Drehwelle in Nähe
der vorderen Endplatte 26. Ein zweites Gleitlager 66 befindet
sich hinter einem Absatz des Schwenkflügelantriebs in Nähe des vorderen
Gehäusedeckels 24.
Ein drittes Gleitlager 66 befindet sich am hinteren Ende
des Antriebs in Höhe
der hinteren Endplatte 22. Die Drehwelle 12 wird
vorzugsweise durch eine Gewindemutter mit Außengewinde und einen Spannring
in der Kolbenstange 14 verschraubt.
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Zwischen
den beiden vorderen Lagerstellen der Drehwelle 12 befindet
sich die Druckkammer der Schwenkeinheit. Der Schwenkflügelmotor
umfasst eine erste Kammer 29 mit vergrößertem Innendurchmesser in
der Innenmantelfläche
der Kolbenstange 14, in der ein mit der Drehwelle 12 geführter Schwenkflügel 28 rotieren
kann (vgl. 6). Der Schwenkflügel 28 ist
in eine erste Längsnut 44 der Drehwelle 12 eingelegt
und wird durch eine schlangenförmige
Feder 42 vom Nutgrund gegen die innere Zylindermantelfläche der
Kammer 29 der Kolbenstange 14 gedrückt (vgl. 5 und 6). Der formschlüssig mit der Drehwelle 12 verbundene
bzw. in dieser geführte
Schwenkflügel 28 ist
somit mittels der Feder 42 gegen die Kolbenstange 14 vorgespannt. Die äußere Kante
des Schwenkflügels 28 dichtet
somit mit der zylindrischen Innenmantelfläche der ersten Kammer 29 des
Drehantriebs 600 ab. Durch eine einseitige Druckbeaufschlagung
wird der Schwenkflügel 28 an
die Nutkanten gedrückt
und es entsteht eine Abdichtung zur Niederdruckseite.
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Wie
anhand der schematischen Längsschnitte
der 5 und der 8 weiterhin verdeutlicht
ist, ist in der ersten Kammer 29 ein Trennelement 30 angeordnet,
das eine sogenannte Kammertrennung bildet. Das Trennelement 30 weist
eine etwas geringere Längserstreckung
auf als der Schwenkflügel 28.
Die erste Kammer 29 ist in axialer Richtung zu beiden Seiten
mittels der Dichtungen 86 abgedichtet. Die Dichtungen 86 können bspw.
als O-Ringe ausgeführt
sein.
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Erkennbar
sind weiterhin die in der Kolbenstange 14 verlaufenden
ersten Fluidbohrungen 78 zur Druckfluidversorgung des Linearantriebs 400 (vgl. 5). Eine obere Fluidbohrung 78 steht
in Verbindung mit einer rechten zweiten Kammer 88 des Linearantriebs.
Eine untere Fluidbohrung 78 steht in Verbindung mit einer
linken zweiten Kammer 88 des Linearantriebs. Die beiden
ersten Fluidbohrungen 78 münden an der hinteren Stirnseite 21 des
Gehäuses in
einen ersten Versorgungsanschluss 70 an der hinteren Endplatte 22.
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Die
Druckfluidversorgung für
den Drehantrieb 600 erfolgt von hinten über die Kolbenstange 14 durch
zwei koaxiale Bohrungen 80, die auf beiden Seiten des Trennelements 30 in
den Druckraum münden
(vgl. 6). Die Fluidbohrungen 80 münden auf
der Außenseite
der hinteren Endplatte 22 in handelsüblichen Stecknippeln 74.
Hier können
Druckleitungen angeschlossen werden, über die abwechselnd die eine
oder die andere Seite der Druckkammer 29 druckbeaufschlagt
werden kann. Die jeweils andere Seite wird während dessen entlüftet bzw.
entspannt, so dass der Schwenkflügel 28 und
damit die Drehwelle 12 eine links- und rechtsdrehende Schwenkbewegung
ausführen
kann. Die Führungsstangen 34 der
Lineareinheit verhindern gleichzeitig ein Mitdrehen des Kolbenstangenrohrs.
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6 zeigt einen Schnitt entlang
der Schnittlinie VI-VI der 5.
Verdeutlicht wird hierbei der Schwenkflügelmotor des Drehantriebs 600.
Die Drehwelle 12 weist die erste Längsnut 44 mit dem
darin eingeschobenen Schwenkflügel 28 auf.
Der Schwenkflügel 28 wird
von der Feder 42 gegen die zylindrische Innenmantelfläche der
ersten Kammer 29 der Kolbenstange 14 gedrückt. Oberhalb
der Kammer 29 ist das Trennelement 30 angeordnet,
das in einer Längsnut 46 eingelegt
ist (vgl. 6). Erkennbar
sind zwei Stiftkeile 48, die das Trennelement 30 auf
den zylindrischen Umfang der Drehwelle 12 drücken. Die
Stiftkeile 48 werden in entsprechende Bohrungen der Kolbenstange 14 geschoben
und fixieren das Trennelement 30 in seiner vorgesehenen Position.
Die Stiftkeile 48 sind in 6 in
herausgezogenem Zustand dargestellt. Zur Demontage der Drehwelle 12 können die
Stiftkeile 48 entfernt und somit das Trennelement 30 gegenüber der
Kolbenstange 14 gelöst
bzw. in der Wandung der Kolbenstange 14 versenkt werden.
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6 verdeutlicht weiterhin
das gegenüber dem
Schwenkflügel 28 mit
einem deutlich breiteren Querschnitt versehene Trennelement 30.
Dieses weist einen Basisbereich mit rechteckförmigem Querschnitt auf, dessen äußere Kanten
jeweils von den daran anliegenden Stiftkeilen 48 verkippsicher abgestützt werden.
In Richtung zur Drehwelle schließt sich an den rechteckförmigen Querschnitt des
Basisbereichs ein trapezförmiger
Querschnitt an, dessen vom Basisbereich wegweisende breitere Oberfläche dichtend über einen
gewissen Umfangsbereich an der Drehwelle 12 anliegt. Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
weist das Trennelement 30 ungefähr eine Breite auf, die einem
Drittel des Durchmessers der Drehwelle 12 im Bereich der
ersten Kammer 29 entspricht.
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In
der Drehwelle 12 sind dritte Fluidbohrungen 82 vorgesehen,
zur Versorgung des zweiten Versorgungsanschlusses 72 am
Abtriebselement 31 bzw. der Adapterplatte 32 (vgl. 1, 2 und 6).
Die beiden zweiten Fluidbohrungen 80 in der Kolbenstange 14 dienen
zur Druckfluidversorgung des Drehantriebs 600.
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7 zeigt einen weiteren Querschnitt
entlang der Schnittlinie VII-VII der 5.
Gezeigt ist hierbei die koaxiale Anordnung der Drehwelle 12 in der
als Hohlwelle ausgestalteten Kolbenstange 14. In diesem
Schnitt sind die ersten Fluidbohrungen 78 zur Druckfluidversorgung
des Linearantriebs 400 verdeutlicht, die wie auch die zweiten
Fluidbohrungen 80 in der Kolbenstange 14 angeordnet
sind.
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Der
Längsschnitt
der 8 verdeutlicht insbesondere
die Lage des Schwenkflügels 28 in
der Drehwelle 12. Diese weist im Bereich der ersten Kammer 29 des
Drehantriebs 400 einen Wellenabsatz auf, der gleichzeitig
eine umlaufende Dichtfläche für das daran
gleitend anliegende Trennelement 30 bildet. Die Länge des
Trennelements 30 ist so bemessen, dass es exakt in die
erste Kammer 29 passt. Der Schwenkflügel 28 dagegen ist
etwas länger
und wird in radialen Nuten der Drehwelle 12 seitlich geführt. Der
Umriss des Schwenkflügels 28 ist
in 8 durch eine unterbrochene
Linie angedeutet.
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Die 9 und 10 verdeutlichen eine alternative Ausgestaltung
des Drehantriebs 600, bei der die erste Kammer 29 unmittelbar
von zwei Kammerdichtungen 90 begrenzt ist, die auf der
Drehwelle 12 angeordnet sind und seitlich jeweils an die
erste Kammer 29 grenzen. Die Stirnseiten des Trennelements 30 grenzen
unmittelbar an diese Kammerdichtungen 90, so dass eine
zuverlässige
Abdichtung der ersten Kammer 29 des Drehantriebs 600 gewährleistet
ist. Die schmalen Stirnseiten des Schwenkflügels 28 grenzen ebenfalls
an die Kammerdichtungen 90 und ragen daher nicht in eine
radiale Nut im Wellenabsatz, wie dies in der ersten Ausführungsform
(vgl. 3 bis 8) vorgesehen ist. Um dennoch
eine gute Abstützung
für den
Schwenkflügel
zu erhalten, ist dieser seitlich in jeweils ein Stützsegment 92 eingeschoben.
Diese Stützsegmente
sind jeweils in entsprechende Aussparungen der Drehwelle 12 eingesetzt
und weisen in ihren in die Kammer 29 reichenden Bereichen
eine gabelförmige
Kontur zur Führung des
Schwenkflügels 28 auf.
Der Schwenkflügel 28 ist somit
seitlich jeweils zwischen zwei Gabeln 94 eines Stützsegments 92 gelagert
und geführt.
Die für
die Stützsegmente 92 erforderlichen
Aussparungen können
bspw. durch Räumen,
Fräsen,
Erodieren oder andere geeignete Verfahren in die Drehwelle 12 eingebracht
werden.
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Die
zum Einlegen des Trennelements 30 notwendige zweite Längsnut 46 kann
auf bekannte Weise mittels eines Erodierverfahrens hergestellt werden.
Durch Erodieren sind annähernd
beliebige Hinterschnitte in metallischen Werkstoffen herstellbar. Eine
fertigungstechnische Alternative kann bspw. darin bestehen, dass
die Kolbenstange 14 über
ihre gesamte Länge
oder nur im Bereich des Drehantriebs 600 zweiteilig ausgeführt wird.
Ein inneres Teil wird mit einer Aussparung versehen, die exakt die
Abmessungen der zweiten Längsnut 46 für das Trennelement 30 aufweist.
Der Außendurchmesser
dieses inneren Teils ist zweckmäßigerweise
so bemessen, dass das Trennelement im eingelegten Zustand und ohne
eingeschobene Stiftkeile 48 bündig mit dem äußeren Durchmesser
dieses inneren Kolbenstangenteils abschließt. Die Drehwelle 12 kann
in diesem Zustand moniert werden.
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Um
dieses innere Teil der Kolbenstange 14 kann nach der Herstellung
der zweiten Längsnut 46, jedoch
vor der Montage der übrigen
Teile eine Hülse aufgebracht
werden, welche die durch die Längsnut 46 geschaffene
fensterartige Öffnung
verschließt
und abdichtet. Dieses als Hülse
ausgebildete äußere Rohrteil
kann über
das innere Rohrteil geschoben und mit diesem vorzugsweise kraftschlüssig verbunden
werden. Das äußere Rohr
kann bspw. bis an den Bereich der mittleren beiden Nutringe 58 reichen
(vgl. 5).
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Die
kraftschlüssige
Verbindung der beiden Rohrteile kann bspw. über bereits bestehende Verschraubungen
im Bereich der Abtriebsseite erfolgen. Eine sinnvolle Möglichkeit
zur Verbindung kann auch darin bestehen, das äußere Rohr durch Erwärmen zu dehnen
und über
das innere Kolbenstangenteil zu schieben. Bei entsprechend gewählten Passungen wird
das äußere Rohrteil
durch den Abkühlungsprozess
fest auf das innere Rohrteil gepresst.
-
- 200
- Dreh-Linear-Einheit
- 400
- Linearantrieb
- 600
- Drehantrieb
- 10
- Verschiebeeinheit
- 12
- Drehwelle
- 14
- Kolbenstange
- 15
- Kolben
- 16
- Gehäuse
- 17
- Gehäuseflansch
- 18
- Zylinderbohrung
- 20
- hinterer
Gehäusedeckel
- 21
- hintere
Stirnseite
- 22
- hintere
Endplatte
- 24
- vorderer
Gehäusedeckel
- 26
- vordere
Endplatte
- 28
- Schwenkflügel
- 29
- erste
Kammer
- 30
- Trennelement
- 31
- Abtriebselement
- 32
- Adapterplatte
- 34
- Führungsstange
- 36
- Schwenkwinkelanschlag
- 37
- Anschlagfinger
- 38
- Linear-Hubanschlag
- 40
- erster
Stoßdämpfer
- 41
- zweiter
Stoßdämpfer
- 42
- Feder
- 44
- erste
Längsnut
- 46
- zweite
Längsnut
- 48
- Stiftkeil
- 50
- Klemmbock
- 52
- Spannmutter
- 54
- Spannring
- 56
- Linear-Kugellager
- 58
- Nutring
- 60
- Gewindebuchse
- 62
- Schaltkopf
- 64
- Schalter-Anschlaghülse
- 66
- Gleitlager
- 68
- O-Ring
- 70
- erster
Versorgungsanschluss
- 72
- zweiter
Versorgungsanschluss
- 74
- Stecknippel
- 76
- Fluiddurchführung
- 78
- erste
Fluidbohrung
- 80
- zweite
Fluidbohrung
- 82
- dritte
Fluidbohrung
- 84
- Schraube
- 86
- Dichtung
(O-Ring)
- 88
- zweite
Kammer
- 90
- Kammerdichtung
- 92
- Stützsegment
- 94
- Gabel