DE19727344C2 - Linearstellglied - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Linearstell­ gliedvorrichtung mit einem Gleichstromservomotor.

Linearstellgliedvorrichtungen mit Gleichstromservomotoren sind bekannt und weisen eine axial bewegliche Betätigungsstange und einen elektromagnetischen Servoantrieb auf, der die Be­ tätigungsstange durch Schubkräfte bewegt, die erzeugt werden, wenn ein Strom in eine Spule eingeleitet wird und dabei ein magnetisches Feld erzeugt. Die bekannten Vorrichtungen weisen außerdem eine Servoregelung auf, um die Stromzufuhr zu der Spule des elektromagnetischen Antriebs zur Betätigung der Betätigungs­ stange zu regeln. Ein derartiges Linearstellglied hat den Vorteil, daß der Betrieb der Betätigungsstange durch Regelung der Größe und Richtung eines in die Spule eingeleiteten Gleichstromes präzise gesteuert werden kann.

Solche Linearstellgliedvorrichtungen haben jedoch unter dem Einfluß gegenläufiger elektromagnetischer Kräfte, die in der Spule erzeugt werden, und aufgrund anderer Faktoren, die Verzögerungen beim Starten der Betätigungsstange bewirken und dadurch eine schnelle Bewegung des zugeordneten Werkstücks verhindern, Probleme hinsichtlich der Aktivierungsreaktion. Verzögerungen der Aktivierung verhindern jedoch eine Steige­ rung der Geschwindigkeit, mit der die Betätigungsstange arbeiten kann.

Wenn ein derartiges Linearstellglied vertikal angebracht und dazu verwendet wird, mit zusätzlicher Ausrüstung an der Betätigungsstange ein Werkstück beispielsweise durch Adsorption oder Adhäsion anzuheben oder zu halten, erfordert eine (zusätzliche) Last an der Betätigungsstange eine höhere Stromzufuhr zu der Spule, wodurch die Energiedissipation verstärkt wird. Wenn ein schweres Werkstück verarbeitet wird, erhöht sich die elektrische Stromzufuhr zu der Spule, was zu einer verstärkten Spulenerwärmung führt und daher das Vorsehen zusätzlicher Spulenkühleinrichtungen in der gesamten Anordnung erfordert.

Aus der GB 1 550 067 ist ein Stellglied bekannt, welches zur multi-direktionalen lateralen Positionierung zwischen einem Werkzeug und einem zu bearbeitenden Werkstück dient. Die DE 37 02 369 A1 beschreibt eine Positioniereinrichtung, welche in der Robotertechnik, in Metallschneidemaschinen und in hydraulischen Servosystemen Anwendung findet. Die US 4 628 499 beschäftigt sich mit einem linearen Stellglied, welches über eine analog-digitale Positionskontrolle und Positionssteuerung verfügt. Hierdurch soll jeweils eine hochgenaue Positionierung und Justierung des Stellgliedes ermöglicht werden. Dabei wird allerdings eine Verschlechterung der Aktivierungsreaktion des Stellgliedes sowie ein höherer Energieverbrauch in Kauf genommen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Linearstellglied­ vorrichtung zu schaffen, die eine verbesserte Aktivierungsreaktion der Betätigungsstange ermöglicht und die weniger elektrische Energie dissipiert.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist eine Linearstellgliedvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Merkmale des Anspruchs 1 auf.

Die dadurch erreichte Verbesserung der Aktivierungsreaktion der Betätigungsstange kann die Geschwindigkeit, mit der die Stange arbeitet, erhöhen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Linearstellgliedvorrichtung vorgesehen, bei der der Hub der Hilfsstange kürzer ist als der der Betätigungsstange, wobei beide Stangen nicht miteinander gekoppelt sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an der Betätigungsstange und der Hilfsstange ein Ein­ griffsabschnitt vorgesehen, wobei die Eingriffsabschnitte ineinander eingreifen, wenn die Stangen in dem Rückkehrmodus sind, wodurch die Rückkehr der Betätigungsstange über die Hilfsstange durch den Druckluftzylindermechanismus unterstützt wird.

Bei einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Hilfsstange und die Betätigungsstange so angeordnet und ausgestaltet, daß sie mit im wesentlichen derselben Hubzahl arbeiten und miteinander verbunden sind, wodurch sichergestellt wird, daß das Halten einer Last an der Betätigungsstange und deren Rückkehrbewegung über die Hilfsstange durch den Druckluftzylindermechanismus unterstützt wird.

Die beschriebenen Gestaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung vermeiden eine hohe Stromzufuhr zu der Spule des Servoantriebs zur Aufnahme einer Last, wodurch der Stromver­ brauch und dadurch die Spulenerwärmung reduziert wird.

Bei der Linearstellgliedvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind der Kolben und die Hilfsstange des Druckluft­ zylindermechanismus vorzugsweise so unterstützt, daß sie auf einem Luftlager gleiten können. Diese Anordnung reduziert die Gleitwiderstände der Gleitabschnitte auf etwa Null, wodurch eine schnellere und gleichmäßigere Betätigung der Hilfsstange gewährleistet wird und die Aktivierungsreaktion der Be­ tätigungsstange weiter verbessert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3(A) bis (C) Diagramme, die die Beziehung zwischen der Verschiebung der Betätigungsstange und der Zeit darstellen,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Hauptabschnitte einer modifizierten Form der zweiten Ausführungsform und

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine Linearstellgliedvor­ richtung 1 vertikal angeordnet ist, so daß die Betätigungs­ stange 7 sich auf und ab bewegen kann.

Die Linearstellgliedvorrichtung 1 umfaßt eine kastenförmige Gehäuseanordnung 2 mit einer Frontöffnung, eine Abdeckung 3 zur Abdeckung der Frontseite der Gehäuseanordnung, einen Druckluftzylindermechanismus 4, der auf der Gehäuseanordnung 2 angeordnet ist, und ein Schwingspulenstellglied 5, ein Beispiel eines Gleichstromservomotors, der an dem unteren Abschnitt des Gehäuses angeordnet ist. Die Hilfsstange 6 des Druckluftzylindermechanismus 4 und die Betätigungsstange 7 des Schwingspulenstellgliedes 5 sind axial zueinander ausge­ richtet.

Der Druckluftzylindermechanismus 4 weist eine Zylinderbohrung 9 auf, die in der Gehäuseanordnung 2 ausgebildet ist, eine Endplatte 10 zum luftdichten Verschließen der Öffnung der Zylinderbohrung, einen in dem luftdichten Zylinder 9 hin- und hergehenden Kolben 11, eine mit dem Kolben gekoppelte Hilfsstange 6, eine Zylinderkammer 12 und eine Belüftungs­ kammer 13, die durch den Kolben 11 unterteilt sind, und eine Zufuhr- und Ablaßöffnung 14 für die Zufuhr und den Ablaß von Druckluft in und aus der Zylinderkammer 12, wobei die Zufuhr- und Ablaßöffnung 14 mit einem Magnetventil (Solenoidventil) 16 und einer Belüftungsöffnung 15 mit einer Öffnung zu der Belüftungskammer 13 verbunden ist. Dementsprechend arbeitet der Druckluftzylindermechanismus 4 gemäß dieser Ausführungs­ form nur in einer Richtung.

Das Magnetventil 16 ist als dauerhaft geschlossenes 3-Wege- Magnetventil bekannter Art ausgebildet, d. h. ein Ventil mit einer Zufuhröffnung P, einer Auslaßöffnung A und einer Ablaßöffnung R, die alle Druckluft aufnehmen können, wobei die Auslaßöffnung A entweder mit der Zufuhröffnung P oder der Ablaßöffnung R in Verbindung steht, wobei der Wechsel davon abhängt, ob der Magnet (Solenoid) 16a eingeschaltet oder abgeschaltet ist. Bei diesem Magnetventil 16 ist die Zufuhr­ öffnung über einen Drucklufttank 17 mit einer Druckluftquel­ le 18 verbunden.

Der Druckluftzylindermechanismus 4 soll die Aktivierungs­ bewegung der Betätigungsstange 7 unter dem Druck der Hilfs­ stange 6 beschleunigen, wenn das Schwingspulenstellglied 5 aktiviert wird, und ist daher kleiner als das Schwingspulen­ stellglied 5, wobei der Hub der Hilfsstange 6 kleiner ist als der der Betätigungsstange 7.

Das Schwingspulenstellglied 5 umfaßt einen elektromagnetischen Servoantrieb 20 mit einem magnetischen Rahmen 24, der aus einem Zentraljoch 21, Bodenjochen 22, 22 an dessen Vorder- und Hinterseiten und Seitenjochen 23, 23, die die oberen und unteren Enden dieser Joche verbinden, besteht, mit Magneten 25, 25 an der Oberfläche des Bodenjochs 22 an der Seitenfläche des Zentraljochs und einer beweglichen Spule 26, die um das Zentraljoch 21 gewunden ist und sich entlang des Zen­ traljochs 21 bewegen kann. Der magnetische Rahmen 24 ist in der Gehäuseanordnung 2 mit einem nicht dargestellten Haltebol­ zen angebracht, der durch die Seitenjoche 23, 23 hindurch­ geführt ist. Der Servoantrieb 20 soll die Gleichstromzufuhr zu der magnetischen Spule 26 in einem durch die Magneten 25, 25 erzeugten magnetischen Feld variieren, um entsprechend der linke Hand Regel von Fleming einen aufwärts oder abwärts gerichteten Schub in der Spule zu erzeugen, wobei der Schub bewirkt, daß sich die bewegliche Spule 26 in einer vertikalen Richtung entlang des Zentraljoches 21 bewegt.

Die bewegliche Spule 26 weist eine Spulenpresse 28 und einen Spulenhalter 29 auf, die jeweils aus synthetischem Faser- oder einem anderen nichtmagnetischen Material bestehen und mittels Halteschrauben 30, 30 befestigt sind, wobei der Spulenhalter ein metallisches Bewegungselement 31 über nicht dargestellte geeignete Mittel aufweist. Am Boden der Gehäuseanordnung 2 ist eine Linearführungsschiene 32 angebracht. Eine Linearfüh­ rung 33 zur Bewegung entlang der Linearführungsschiene 32 ist an dem Bewegungselement 31 mittels Halteschrauben 34 an­ gebracht.

In der Gehäuseanordnung 2 ist eine Linearskala 36 an der Wand angebracht, die der Seite, an der der Servoantrieb 20 angebracht ist, gegenüberliegt. Am oberen Ende des Bewegungs­ elements 31 ist ein elektrisches Encodersubstrat 37 befestigt, das eine Anzeige an der Linearskala 36 lesen soll und in Reaktion hierauf ein Signal erzeugt.

Die Betätigungsstange umfaßt einen Abschnitt mit großem Durchmesser und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser und ist an dem Bewegungselement 31 so angebracht, daß ein an dem unteren Ende des kleineren Abschnitts ausgebildetes Außenge­ winde in eine Durchgangsbohrung mit Innengewinde in dem Bewegungselement 31 eingeschraubt ist, wodurch der abgestufte Bereich zwischen diesen Abschnitten in Kontakt mit der oberen Fläche des Bewegungselements 31 gebracht wird. Getragen durch ein Lager 38 und außerhalb der Gehäuseanordnung 2 weist das obere Ende des Abschnitts mit kleinem Durchmesser ein Druckluftspannfutter, ein Adhäsionspolster oder andere geeignete Werkzeuge (nicht dargestellt) auf.

Ein Multipolarverbinder 40 für die Zufuhr von Elektrizität und Signalen ist an der Seitenwand der Gehäuseanordnung 2 angebracht, ein mittlerer Verbinder 41 ist an einem Be­ festigungsvorsprung 2a der Gehäuseanordnung 2 angebracht und der Verbinder 42 ist an dem Spulenhalter 29 angebracht, wobei alle Verbinder mit Hilfe von Halteschrauben befestigt sind.

Ein Empfangsverbinder 43 ist elektrisch mit dem Multipolar­ verbinder 40 und dem mittleren Verbinder 41 verbunden, und der mittlere Verbinder 41 und ein Verbinder 42 sind ebenfalls elektrisch miteinander über ein Flachbandkabel 44 verbunden. Der Multipolarverbinder 40 ist außerdem über eine Servo­ regelung 45 mit einer Gleichstromquelle 46 gekoppelt.

Die Servoregelung 45 soll zur vertikalen Bewegung der Spule die Größe und Richtung der Gleichstromzufuhr in die bewegliche Spule 26 steuern. Das elektrische Encodersubstrat 37, das sich zusammen mit der beweglichen Spule 26 bewegt, liest eine Anzeige auf der Linearskala 36 und erzeugt auf deren Basis ein Positionssignal für die Betätigungsstange 7 und meldet dieses zurück an die Servoregelung 45.

Die Servoregelung 45 ist mit einer Regelung 47 verbunden, die eine Druckluftzufuhreinrichtung aufweist. Diese Regelung 47 ist vorgesehen, um den Magneten 16a des Magnetventils 16 so zu aktivieren und erregen, daß Druckluft während des Anfangs­ zustands des Prozesses, in welchem ein Strom durch die Servoregelung 45 in die bewegliche Spule 26 eingeführt wird, in eine Zylinderkammer 12 eintritt, und um den Magneten 16a zu entmagnetisieren, so daß die Luft aus der Zylinderkammer 12 entlüftet werden kann, wenn die resultierende Abwärtsbewegung der Hilfsstange 6 die Betätigungsstange 7 herunterdrückt.

Das Bezugszeichen 48 in Fig. 1 bezeichnet eine gleitende Dichtung, die aus einem O-Ring besteht, der um den Außenumfang der Hilfsstange 6 und des Kolbens 11 vorgesehen ist.

Bei der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform beginnen die bewegliche Spule 26 und die Betätigungsstange 7 ihre Abwärtsbewegung von den in Fig. 1 angedeuteten Positionen, wenn ein Strom mit der Richtung und Größe zur Abwärtsbewegung der beweglichen Spule durch die Servoregelung 45 der Spule 26 zugeführt wird. Gleichzeitig mit dem Einschalten wird die Steuerung 47 aktiviert, um den Magneten 16a des Magnetventils 16 zu magnetisieren, wodurch die Druckluft in dem Druckluft­ tank 17 über das Magnetventil 16 schnell zu der Zylinderkammer 12 geführt wird. Die resultierende schnelle Abwärtsbewegung des Kolbens 11 und der Hilfsstange 6 drückt die Betätigungs­ stange 7 nach unten, so daß die Stange 7 schnell aktiviert werden und sich zu der vorgesehenen Zielposition bewegen kann, wobei der Einfluß von entgegengesetzt gerichteten elek­ tromotiven Kräften gering ist.

Wenn die Betätigungsstange 7 sich zu ihrer Zielposition bewegt hat, wird der Magnet 16a über die Steuerung 47 ausgeschaltet, so daß eine Verbindung von der Zylinderkammer 12 nach außen hergestellt wird.

Geführt durch die Linearführungsschiene 32 und die Linearfüh­ rung 33 bewegen sich die bewegliche Spule 26 und die Be­ tätigungsstange 7 gleichmäßig auf und ab. Das elektrische Encodersubstrat 37 an dem beweglichen Teil 31 liest den dann an der Linearskala 36 angezeigten Wert und meldet ein erzeugtes Positionssignal an die Servoregelung 45 zurück, welche wiederum die Information dazu verwendet, die Größe und Richtung der Stromzufuhr zu der beweglichen Spule zu steuern, so daß die Betätigungsstange 7 akkurat an einer vorgesehenen Stopposition positioniert werden kann. In diesem Fall weist ein der beweglichen Spule 26 zugeführter Strom eine aus­ reichende Größe auf, um eine Kraft zum Ausgleichen der auf das gesamte System ausgeübten Last einschließlich der beweglichen Spule 26 und der Betätigungsstange 7 zu erzeugen.

Wenn ein Strom mit der Größe und Richtung zur Bewegung der beweglichen Spule 26 nach oben von der Servoregelung 45 zu der Spule 26 zugeführt wird, verschieben sich die bewegliche Spule 26 und die Betätigungsstange 7 nach oben begleitet von einer gleichzeitigen Aufwärtsbewegung der Hilfsstange 6 in dem Druckluftzylindermechanismus 4, wodurch sie zu den in Fig. 1 angedeuteten Positionen zurückgeführt werden.

Fig. 3(A) zeigt das Verhältnis zwischen der Verschiebung und der Zeit einer Betätigungsstange eines bekannten Schwing­ spulenstellgliedes. Fig. 3(B) zeigt das Verhältnis zwischen der Verschiebung und der Zeit der Hilfsstange 6 des Luft­ zylindermechanismus 4. Fig. 3(C) zeigt das Verhältnis zwischen der Verschiebung und der Zeit der Betätigungsstange 7 unter Druck durch die Hilfsstange 6. Das Symbol "a" in der Zeichnung bezeichnet die Zeit, zu der die bewegliche Spule 26 elektrisch aufgeladen wird.

Wie sich durch einen Vergleich zwischen den Fig. 3(A) und (C) ergibt, ermöglicht das Aufbringen von Druck durch die Hilfsstange 6 auf die Betätigungsstange 7 eine schnelle Aktivierung der Betätigungsstange 7.

Das Linearstellglied kann manchmal als Transportvorrichtung eingesetzt werden, um ein Werkstück (nicht dargestellt) mittels eines Druckluftspannfutters 49 (vgl. Fig. 4), das an einer Betätigungsstange 7 angebracht ist, zu halten und es anzuheben und zu einer anderen Stelle zu tragen.

Da das Gewicht des von dem Druckluftspannfutter 49 gehaltenen Werkstückes addiert wird, erfordert diese Anwendung die Zufuhr eines entsprechend größeren Stromes zu der beweglichen Spule 26 als des während der Aufwärtsbewegung der Betätigungs­ stange 7 ohne Last zugeführten Stromes. Dies bedeutet, daß je schwerer ein Werkstück ist, desto größer die Stromzufuhr sein muß, die der beweglichen Spule 26 zugeführt wird, wodurch nicht nur die Energiedissipation, sondern auch die Spulen­ erwärmung erhöht wird.

Fig. 4 zeigt die zweite Ausführungsform der Erfindung, die zusätzlich zu den bereits durch die erste Ausführungsform überwundenen Problemen auch die gerade beschriebenen Probleme überwindet.

Ein Linearstellglied 51 gemäß der zweiten Ausführungsform umfaßt einen doppelt wirkenden Druckluftzylindermechanismus 52, wobei die Hilfsstange 6 des Druckluftzylindermechanismus 52 und die Betätigungsstange 7 des Schwingspulenstellgliedes 5 mittels eines Verbindungsstiftes 53 so gekoppelt sind, daß kein axiales Spiel besteht. An der Spitze der Betätigungs­ stange 7, die sich aus der Gehäuseanordnung 2 heraus er­ streckt, ist ein Druckluftspannfutter 49 angebracht. Bei dieser Ausführungsform weisen die Hübe der Hilfsstange 6 und der Betätigungsstange 7 im wesentlichen dieselbe Länge auf.

Zufuhr- und Ablaßöffnungen 55a, 55b, die mit einem Paar von durch einen Kolben 11 unterteilten Zylinderkammern 54a, 54b in Verbindung stehen, sind mit elektromagnetischen Propor­ tional-Druckregulierventilen 56a, 56b verbunden, die den Ausgangspneumatikdruck auf der Basis der Größe der Stromzufuhr zu Proportionalmagneten (Proportionalsolenoiden) 57a, 57b steuern können. Die Größe der den Proportionalmagneten 57a, 57b zugeführten Ströme wird durch eine Regelung 58 geregelt, die eine Druckluftzufuhreinrichtung darstellt.

Die übrige Gestaltung der zweiten Ausführungsform entspricht derjenigen der ersten Ausführungsform, so daß die bei der ersten Ausführungsform verwendeten Bezugszeichen zur Bezeich­ nung ähnlicher Hauptkomponenten der zweiten Ausführungsform verwendet und diese nicht erneut beschrieben werden.

Entsprechend der zweiten Ausführungsform wird einer Zylinder­ kammer 54a Druckluft zugeführt, wodurch die Hilfsstange 6 nach unten gebracht und auch die mit der Stange 6 verbundene Betätigungsstange 7 in derselben Richtung bewegt wird, wenn ein Strom mit der Richtung und Größe zur Bewegung der beweglichen Spule 26 nach unten durch die Servoregelung 45 der Spule 26 zugeführt wird, wobei gleichzeitig der Proportional­ magnet 57a des elektromagnetischen Proportional-Druck­ regulierventils 56a durch eine Steuerung 58 erregt wird. Auf diese Weise beschleunigt die Hilfsstange 6 die Aktivierung der Betätigungsstange 7, wodurch diese sich schneller nach unten zu einer festgelegten Zielposition bewegen kann.

Wenn sich die Betätigungsstange 7 nach unten bewegt und der festgelegten Stopposition annähert, wird der Proportional­ magnet 57a entmagnetisiert und der Proportionalmagnet 57b wird aktiviert, wodurch ein Zufluß von Druckluft in die Zylinder­ kammer 54b bewirkt wird. Zu derselben Zeit wird der Pneumatik­ druck innerhalb der Zylinderkammer 54b über die Regelung 58 so eingestellt, daß er eine im wesentlichen im Gleichgewicht mit den durch die verschiedenen Komponenten, wie dem Druck­ luftspannfutter 49, stehende Kraft erzeugen kann, die auf die Betätigungsstange 7 wirkt. Anschließend steuert die Servo­ regelung 45 die Größe und Richtung des in die bewegliche Spule 26 fließenden Stromes, um die Betätigungsstange 7 exakt an der zum Festspannen eines Werkstücks festgelegten Stopposi­ tion zu stoppen.

Sobald das Druckluftspannfutter 49 das Werkstück ergreift, wird die bewegliche Spule 26 durch die Servosteuerung 45 ausgeschaltet, zu welcher Zeit der Luftdruck in der Zylinder­ kammer 54b eine Aufwärtsbewegung der Hilfsstange 6 bewirkt, und dadurch die Betätigungsstange 7 anhebt.

Die oben beschriebene zweite Ausführungsform dient dazu, die durch den Luftdruck in der Zylinderkammer 54b unterhalb des Druckluftzylindermechanismus 52 ausgeübten Kräfte im wesentli­ chen mit einer auf die Betätigungsstange 7 wirkenden Last auszubalancieren. Dies führt zu einer Verringerung der erforderlichen Stromzufuhr zu der bewegliche Spule 26, um die Betätigungsstange 7 in ihrer Stopposition zu halten.

Zusätzlich ist keine Stromzufuhr zu der beweglichen Spule 26 notwendig, um die Betätigungsstange 7 zurückzuführen, da die Kraft des der Zylinderkammer 54b zugeführten Luftdruckes dazu verwendet wird, die Betätigungsstange 7 anzuheben, selbst wenn das Druckluftspannfutter 49 ein schweres Werkstück hält. Dies führt zu einer Verringerung der Energiedissipation sowie des Wärmeaufbaus in der Spule.

Bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform wird eine gleitende Dichtung 48 um den Kolben 11 und die Hilfsstange 6 des Druckluftzylindermechanismus 52 vorgesehen, so daß, wenn der Gleitwiderstand der gleitenden Dichtung groß ist, eine Verzögerung bei der Abwärtsbewegung der Hilfsstange 6 auftreten kann.

Fig. 5 zeigt eine weitere Modifikation der zweiten Aus­ führungsform, die eine Lösung des obengenannten Problems liefert. Bei dem Druckluftzylindermechanismus 62 dieser Linearstellgliedvorrichtung 61 sind ein Luftlager 63 bildende Umfangsnuten jeweils zwischen dem Außenumfang des Kolbens 11 und der Gehäuseanordnung 2 und zwischen der Endplatte 10 und der Hilfsstange 6 ausgebildet. Diese Umfangsnuten stehen mit einer Druckluftquelle über Kanäle 64, 65 in Verbindung, die in der Umfangsrichtung der Umfangsnut mehrere Öffnungen in gleichen Abständen aufweisen.

Da die übrige Gestaltung dieser Modifikation der der zweiten Ausführungsform entspricht, wird sie nicht erneut beschrieben.

Im Unterschied zu der Ausgestaltung mit einer gleitenden Dichtung 48 kann die modifizierte Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform im wesentlichen jeglichen Gleitwiderstand vermeiden und daher eine schnellere Wirkung der Hilfsstange 6 ermöglichen, da der Kolben 11 und die Hilfsstange 6 des Druckluftzylindermechanismus 52 schwebend durch das Druck­ luftlager 63 gehalten werden.

Der Druckluftzylindermechanismus 52 erzeugt praktisch keinen Gleitwiderstand, wodurch es ermöglicht wird, die Betätigungs­ stange 7 exakt zu steuern, so daß sie an ihrer Zielposition stoppt, selbst wenn sie mit der Hilfsstange 6 über einen Verbindungsstift 53 gekoppelt ist.

Fig. 6 zeigt die dritte Ausführungsform der Erfindung. Wie dargestellt weist diese Linearstellgliedvorrichtung 71 Arme 72 auf, die jeweils an der Spitze der Hilfsstange 6 des Druck­ luftzylindermechanismus 52 und an der Spitze der Betätigungs­ stange 7 des Schwingspulenstellgliedes 5 angeordnet sind und sich parallel zueinander erstrecken. An der Spitze jedes Armes 72 ist ein Eingriffsabschnitt 74 angebracht, der mit dem anderen Arm in Eingriff treten kann. An dem unteren Ende ist ein Kontaktabschnitt 73 vorgesehen, mit welchem der Eingriffs­ abschnitt 74 in Kontakt tritt.

Die Kontaktabschnitte 73 und die Eingriffsabschnitte 74 an diesen Armen 72, 72 stehen miteinander wie folgt in Beziehung: Wenn die Hilfsstange 6 und die Betätigungsstange 7 an ihren entsprechenden in der Zeichnung angedeuteten Positionen angeordnet sind, wird der Befestigungsabschnitt 73 jedes Armes in Kontakt mit dem Eingriffsabschnitt 74 des anderen gebracht. Wenn diese Stangen zur Betätigung ausgestreckt sind, sind die Eingriffsabschnitte 74, 74 beider Arme leicht voneinander beabstandet. Wenn sie zu ihrer Ursprungsposition zurückgezogen werden, greifen sie ineinander ein.

Das Magnetventil 76 ist ein federzentriertes drei Positionen 5-Wege-Ventil für die Zufuhr und den Auslaß von Druckluft in und aus den Zylinderkammern 54a, 54b des Druckluftzylinder­ mechanismus 52. Das Ventil weist eine Zufuhröffnung P, Auslaßöffnungen A, B und Ablaßöffnungen EA, EB auf, die jeweils für Druckfluid geeignet sind. Beim Betrieb werden bei Erregen des Magneten 76a die Zufuhröffnung P und die Auslaß­ öffnung A und die Auslaßöffnung B und die Ablaßöffnung EB miteinander in Verbindung gebracht. Wenn der Magnet 76b erregt wird, wird eine Verbindung zwischen der Zufuhröffnung P und der Auslaßöffnung B und zwischen der Auslaßöffnung A und der Ablaßöffnung EA hergestellt. Wenn an den dazwischenliegenden Stoppositionen keiner der Magnete erregt ist, stehen die Auslaßöffnungen A und B mit den Ablaßöffnungen EA und EB in Verbindung. Die Auslaßöffnungen A, B stehen mit den Zufuhr- und Auslaßöffnungen 55a bzw. 55b in Verbindung. Das Ein­ schalten und Ausschalten der Magnete 76a, 76b wird durch eine Regelung 77 gesteuert.

Die übrige Gestaltung der dritten Ausführungsform entspricht derjenigen der ersten Ausführungsform. Es werden daher die­ selben Bezugszeichen zur Bezeichnung derselben Hauptkomponen­ ten in dieser Figur verwendet und ihre erneute detailierte Beschreibung nicht wiederholt.

Gemäß der dritten Ausführungsform wird, wenn das Magnetven­ til 76 an der mittleren Stopposition steht, der beweglichen Spule 26 über die Servoregelung 45 ein elektrischer Strom mit der Richtung und Größe zur Aufwärtsbewegung der Spule zugeführt, und die bewegliche Spule 26 und die Betätigungs­ stange 7 bewegen sich nach oben und bewirken, daß der Eingriffsabschnitt 74 den Befestigungsabschnitt 73 berührt, wodurch die Hilfsstange 6 nach oben geschoben wird.

Wenn während des Anfangszustandes des Prozesses ein die Abwärtsbewegung der beweglichen Spule 26 bewirkender Strom durch die Servoregelung 45 zu der Spule 26 zugeführt wird, wird der Magnet 76a durch die Regelung 77 erregt. Dann wird der Zylinderkammer 54a unter Druck stehende Luft zugeführt, um die Hilfsstange nach unten zu bewegen und den Befestigungs­ abschnitt 73 in Kontakt mit dem Eingriffsabschnitt 74 zu bringen, wodurch die Betätigungsstange 7 nach unten gedrückt und deren Abwärtsbewegung beschleunigt wird. Wenn die Betätigungsstange 7 einem Druck ausgesetzt wird, wird der Magnet 76a durch die Regelung 77 abgeschaltet, wodurch das Magnetventil 76 zu seiner mittleren Stopposition zurückkehrt.

Die Stopposition der ausgestreckten Betätigungsstange 7 wird durch die Servoregelung 45 in derselben Weise wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung gesteuert. Selbst wenn die Hilfsstange 6 und die Betätigungsstange 7 vollständig ausgestreckt sind, verbleibt ein kleiner Freiraum zwischen ihren entsprechenden Eingriffsabschnitten 74, 74.

Wenn der Magnet 76b durch die Regelung 77 erregt wird, wird unter Druck stehende Luft zu der unteren Zylinderkammer 54b zugeführt, um die Hilfsstange 6 nach oben zu bringen. Wenn die Hilfsstange 6 sich leicht nach oben bewegt, tritt ihr Eingriffsabschnitt 74 in Eingriff mit dem Eingriffsab­ schnitt 74 der Betätigungsstange 7, wodurch die Betätigungs­ stange 7 durch die Hilfsstange 6 nach oben gezogen wird. Die Eingriffsabschnitte 74, 74 beider Stangen 6, 7 stehen lediglich während der Aktivierungsphase des Aufwärtsbewegungs­ prozesses miteinander in Eingriff, wenn eine besonders große Kraft erforderlich ist. Nachdem die Hilfsstange 6 mit einem kurzen Hub vollständig zu dem oberen Ende ihres Hubes zurückkehrt, steigt die Betätigungsstange 7 unter dem Schub des Servoantriebsabschnittes 20.

Dies bedeutet, daß eine geringere Stromzufuhr zu der be­ weglichen Spule 26 erforderlich ist, um die Aufwärtsbewegung der Betätigungsstange 7 zu erzeugen, als dann, wenn kein Druckluftzylindermechanismus 4 verwendet wird.

Die übrige Betriebsweise der dritten Ausführungsform ent­ spricht derjenigen der ersten Ausführungsform, so daß sie nicht erneut beschrieben wird.

Obwohl nicht dargestellt, können die Hilfsstange 6 und der Kolben 11 auch in einem schwebenden Zustand von dem Druck­ luftlager 6 ohne Verwendung der gleitenden Dichtung 48 getragen werden.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen hat sich die Be­ schreibung auf Längslinearstellglieder für die Auf- und Abwärtsbewegung der Betätigungsstange 7 konzentriert. Es versteht sich jedoch, daß die vorliegende Erfindung auch auf horizontale Linearstellglieder Anwendung findet, die eine Betätigungsstange 7 in einer Querrichtung bewegen.

Bezugszeichenliste

1

Linearstellgliedvorrichtung

2

Gehäuseanordnung

2

a Befestigungsvorsprung

3

Abdeckung

4

Druckluftzylindermechanismus

5

Schwingspulenstellglied

6

Hilfsstange

7

Betätigungsstange

9

Zylinderbohrung

10

Endplatte

11

Kolben

12

Zylinderkammer

13

Belüftungskammer

14

Zufuhr- und Auslaßöffnung

15

Belüftungsöffnung

16

Magnetventil (Solenoidventil)

16

a Magnet (Solenoid)

17

Drucklufttank

18

Druckluftquelle

20

Servoantrieb

21

Zentraljoch

22

Bodenjoch

23

Seitenjoch

24

magnetischer Rahmen

25

Magnet

26

Spule

28

Spulenpresse

29

Spulenhalter

30

Halteschraube

31

bewegliches Element

32

Linearführungsschiene

33

Linearführung

35

Halteschraube

36

Linearskala

37

Encodersubstrat

38

Lager

40

Multipolarverbinder

41

mittlerer Verbinder

42

Verbinder

43

Aufnahmeverbinder

44

Flachbandkabel

45

Servoregelung

46

Gleichstromzufuhr

47

Regelung

48

gleitende Dichtung

49

Druckluftspannfutter

51

Linearstellglied

52

Druckluftzylindermechanismus

53

Verbindungsstift
54a, b Zylinderkammer
55a, b Zufuhr- und Auslaßöffnung
56a, b Druckregulierventil
57a, b Proportionalmagnet

58

Regelung

61

Linearstellgliedvorrichtung

62

Druckluftzylindermechanismus

63

Druckluftlager

64

Kanal

65

Kanal

71

Linearstellgliedvorrichtung

72

Arm

73

Kontaktabschnitt

74

Eingriffsabschnitt

76

Magnetventil
76a, b Magnet

77

Regelung

Claims (5)

1. Linearstellglied (1, 51, 61, 71) mit einer axial beweglichen Betätigungs­ stange (7),
einem elektromagnetischen Servoantrieb zur Bewegung der Betätigungsstange (7) durch Schubkräfte, die durch Einleiten von elektrischem Strom in eine Spule (26) und das damit verbundene magnetische Feld erzeugt werden,
und mit einem Druckluftzylindermechanismus (4, 52, 62) mit einem Kolben (11), der in Abhängigkeit von der Zufuhr und dem Auslaß von Druckluft arbeitet, und eine Hilfsstange (6) aufweist, die sich in Kombination mit der Bewegung des Kolbens (11) zwischen einer zurückgezogenen Position und einer ausgestreckten Position bewegt, wobei der Druckluftzylindermechanismus (4, 52, 62) so ausgestaltet ist, daß die Aktivierungsgeschwindigkeit der Betätigungsstange (7) unter dem Druck der Hilfsstange (6) erhöht werden kann.

2. Linearstellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub der Hilfsstange (6) kürzer ist als der der Betätigungsstange (7) und daß die Hilfsstange (6) und die Betätigungsstange (7) nicht miteinander gekoppelt sind.

3. Linearstellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ tätigungsstange (7) und die Hilfsstange (6) Eingriffsabschnitte (74) aufweisen, die miteinander in Eingriff stehen, wenn beide Stangen (6, 7) an ihren entspre­ chenden zurückgezogenen Positionen stehen, so daß die Rückkehr der Betäti­ gungsstange (7) über die Hilfsstange (6) durch den Druckluftzylindermechanis­ mus (62) unterstützt werden kann.

4. Linearstellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hübe der Hilfsstange (6) und der Betätigungsstange (7) etwa gleich lang sind und daß beide Stangen (6, 7) miteinander verbunden sind, so daß das Tragen einer Last an der Betätigungsstange (7) und die Rückkehr der Betätigungs­ stange (7) über die Hilfsstange (6) durch den Druckluftzylindermechanismus (52, 62) unterstützt werden können.

5. Linearstellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolben (11) und die Stange (6) des Druckluftzylindermecha­ nismus (62) mittels eines Druckluftlagers (63) derart getragen werden, daß sie gleiten können.