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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, die einen
fluidbetätigten
Antrieb aufweist und die einen die Positionierung des Abtriebsteils
ermöglichenden
Stellungsregler mit Regelungselektronik und Ventileinrichtung umfasst.
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Bei
einer derartigen, aus der
DE
199 37 597 A1 bekannten Antriebsvorrichtung sind ein Regler und
ein Stellantrieb in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Ebenfalls
in dem Gehäuse
befindet sich ein von dem elektronischen Regler ansteuerbares Regelventil, über das
die Fluidbeaufschlagung zweier Zylinderkammern des fluidbetätigten Antriebes
gesteuert wird. Mit der Integration der Reglerelemente und des Stellantriebes
in einem gemeinsamen Gehäuse
wird insbesondere bezweckt, auf eine mechanische Kopplungsstelle
und die daraus resultierenden Positionierungenauigkeiten verzichten
zu können.
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Zwar
wird in der vorgenannten
DE
199 37 597 A1 ein Integrationsgedanke verfolgt, dies jedoch unter
eher allgemeinen Aspekten und ohne Darlegung konkreter Realisierungsformen.
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Abweichend
von der vorstehend beschriebenen lagegeregelten Antriebsvorrichtung
beschreibt die
DE
100 21 744 A1 eine Antriebsvorrichtung mit vorwiegend auf
einer Druckregelung basierendem Stellungsregler. Die einzelnen Regelungskomponenten
sind hier gesondert vom fluidbetätigten
Antrieb ausgebildet oder daran angebaut.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung
mit Stellungsregler vorzuschlagen, die über kompakte Abmessungen verfügt und leicht
montierbar ist.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch eine Antriebsvorrichtung, mit einem fluidbetätigten Antrieb, der
ein Antriebsgehäuse
aufweist, das einen Antriebsraum definiert, in dem sich mindestens
ein durch Fluidbeaufschlagung linear verstellbarer, mit einem Abtriebsteil
bewegungsgekoppelter Antriebskolben befindet, und mit einem für die Positionierung des
mindestens einen Antriebskolbens zuständigen, eine Regelungselektronik
und eine Ventileinrichtung aufweisenden Stellungsregler, der Bestandteil
einer Reglerpatrone ist, die von der dem Antriebsraum axial entgegengesetzten
Seite her durch eine Installationsöffnung hindurch als Baueinheit
in einen durch einstückige
Verlängerung
des Antriebsgehäuses
axial im Anschluss an den Antriebsraum definierten Aufnahmeraum
des Antriebsgehäuses
eingesetzt ist.
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Bei
dieser Antriebsvorrichtung ist der Stellungsregler unmittelbar im
Gehäuse
des fluidbetätigten
Antriebes aufgenommen. Die Installation ist sehr einfach, weil der
Stellungsregler zu einer als Reglerpatrone bezeichneten Baueinheit
gehört,
die patronenartig in einen dafür
vorgesehenen Aufnahmeraum in axialer Verlängerung des Antriebsraumes eingesetzt
ist. Es erübrigen
sich separate Installations- und Befestigungsmaßnahmen für die einzelnen Komponenten
des Stellungsreglers, da diese innerhalb der Reglerpatrone vormontiert
werden können, so
dass sich die Installation vor Ort am Antrieb auf wenige Handhabungsmaßnahmen
verringert. Der Begriff "Antriebskolben" soll auch im Sinne
einer Antriebsmembran verstanden werden.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Der
Antriebsraum und der Aufnahmeraum befinden sich zweckmäßigerweise
axial aufeinanderfolgend im Innenraum eines einstückigen Rohrkörpers des
Antriebsgehäuses.
Ein solcher Rohrkörper kann
in der Regel kostengünstig
durch Strangpressen hergestellt werden. Man benötigt lediglich einen Rohrkörper geeigneter
Länge,
um gleichzeitig den Antriebsraum und den sich daran direkt anschließenden Aufnahmeraum
vorzugeben.
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Prinzipiell
wäre es
möglich,
die Unterteilung zwischen dem Antriebsraum und dem Aufnahmeraum
innerhalb des Antriebsge häuses
durch eine gesonderte Trennwand vorzunehmen. Wesentlich vorteilhafter
wird jedoch eine Bauform eingestuft, bei der die eingesetzte Reglerpatrone
selbst eine den Antriebsraum fluiddicht begrenzende und vom Aufnahmeraum
abtrennende Abschlusswand bildet. Durch die Installation der Reglerpatrone
wird somit nicht nur der Stellungsregler eingebaut, sondern gleichzeitig die
zweckmäßige Abtrennung
von dem im Betrieb unter Fluiddruck stehenden Antriebsraum vorgenommen.
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Bei
der Abschlusswand handelt es sich insbesondere um einen als Bestandteil
der Reglerpatrone ausgeführten
Scheibenkörper,
der umfangsseitig mit einer Dichtung versehen ist, die mit der Umfangsfläche des
Innenraumes des Antriebsgehäuses
in Dichtkontakt steht.
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Es
ist ferner zweckmäßig, wenn
die in das Antriebsgehäuse
eingesetzte Reglerpatrone gleichzeitig einen die Installationsöffnung des
Aufnahmeraumes verschließenden
Verschlussdeckel bildet. Dadurch kann auf einen ansonsten eventuell
erforderlichen separaten Verschlussdeckel verzichtet werden. Bei
entsprechender Ausgestaltung kann der Verschlussdeckel im Zusammenwirken
mit dem Antriebsgehäuse
gleichzeitig auch die Einsetztiefe der Reglerpatrone vorgeben. Dies
ist insbesondere von Vorteil, wenn es sich bei der Reglerpatrone
um ein im Rahmen eines reinen Steckvorganges in den Aufnahmeraum
einsetzbares Einsteckteil handelt.
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Die
Abschlusswand und der Verschlussdeckel sind zweckmäßigerweise über ein
oder mehrere Distanzelemente zu einer die Regelungselektronik und
die Ventileinrichtung tragenden Tragstruktur zusammengefasst. Beispielsweise
können
mehrere zueinander beabstandete stabartige Distanzelemente vorgesehen
sein, die einenends an der Abschlusswand und andernends am Verschlussdeckel
fixiert sind. Die Regelungselektronik und die Ventileinrichtung
befinden sich zweckmäßigerweise
in dem zwischen der Abschlusswand und dem Verschlussdeckel definierten
Zwischenraum.
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Sämtliche
für die
fluidische und elektrische Kommunikation mit externen Einrichtungen
vorhandenen fluidischen und elektrischen Schnittstellen sind vorzugsweise
an der Reglerpatrone vorgesehen, so dass am Antriebsgehäuse keine
entsprechenden Maßnahmen
getroffen werden müssen. Dies
ermöglicht
eine sehr einfache Fertigung des Antriebsgehäuses. Die elektrische Ansteuerung
von außen
kann sowohl kabelgebunden als auch drahtlos erfolgen.
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Bevorzugt
sind die Schnittstellen an oder im Verschlussdeckel angeordnet,
und zwar insbesondere derart, dass sie von der dem Antriebsraum
axial entgegengesetzten Außenseite
des Verschlussdeckels her zugänglich
sind.
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Unter
den elektrischen Schnittstellen befindet sich zweckmäßigerweise
eine Versorgungsschnittstelle, an die die für den Betrieb des Stellungsreglers
erforderliche Versorgungsspannung angelegt werden kann. Außerdem ist
mindestens eine Ansteuerschnittstelle vorhanden, die insbesondere
dazu dient, dem gewünschten
Positions-Sollwert entsprechende Steuersignale durch Anlegen eines
mehr oder weniger hohen Ansteuerstromes einzuspeisen. Mindestens
eine Ansteuerschnittstelle kann auch als Busschnittstelle ausgeführt sein,
die eine Kommunikation mit einer externen elektronischen Steuereinrichtung
ermöglicht,
wobei der Stellungsregler entsprechend ausgeführt sein kann, um eine Ansteuerung
unter Verwendung unterschiedlicher Busprotokolle zu ermöglichen.
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Vorzugsweise
ist der Verschlussdeckel mit manuell betätigbaren Bedienelementen und/oder
mit optischen Anzeigemitteln ausgestattet. Die Bedienelemente ermöglichen
beispielsweise eine manuelle Aktivierung bei der anwendungsspezifischen
Einrichtung der Antriebsvorrichtung oder zu Wartungszwecken. Auch
können
mit Hilfe der Bedienelemente Zustandswerte abgerufen werden, die
dann über
die Anzeigemittel visualisierbar sind.
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Die
Bedienelemente und/oder Anzeigemittel sind zweckmäßigerweise
mit einer zusätzlich
zur Regelungselektronik vorhandenen Hilfselektronik elektrisch verschaltet,
die zweckmäßiger weise
im Innern des Verschlussdeckels untergebracht ist und hierbei auf
einer Platine aufgebaut sein kann. Diese Hilfselektronik kann in
Verbindung mit einer entsprechend ausgestalteten Ansteuerschnittstelle
eine auf das jeweils zu verarbeitenden Protokoll angepasste Buselektronik
beinhalten.
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Um
eine wegabhängige
Stellungsregelung des Antriebskolbens mit hoher Präzision vornehmen zu
können,
ist eine zur Positionserfassung des Antriebskolbens oder einer mit
diesem bewegungsgekoppelten Komponente – vereinfacht "Kolbenposition" genannt – geeignete
elektronische Positionsmesseinrichtung vorhanden. Diese kann eine
in den Antriebsraum hineinragende, bevorzugt stabartig ausgebildete
Messkomponente aufweisen, die ein Bestandteil der Reglerpatrone
ist und bei der Installation der Reglerpatrone automatisch an Ort
und Stelle im Antriebsraum plaziert wird. Zweckmäßigerweise taucht die Messkomponente
in Abhängigkeit
von der momentanen Axialposition des zugeordneten Antriebskolbens
mehr oder weniger tief in den Antriebskolben und eine gegebenenfalls
mit diesem verbundene, als Abtriebsteil fungierende Kolbenstange
ein.
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Die
Antriebsvorrichtung kann für
die Erzeugung von entweder einer linearen oder einer rotativen Abtriebsbewegung
des Abtriebsteils ausgelegt sein. Der fluidbetätigte Antrieb ist dann entweder
ein Linearantrieb oder ein Drehantrieb, wobei im Falle des Drehantriebes
die Linearbewegung mindestens ei nes Antriebskolbens in eine Drehbewegung
des Abtriebsteils umgesetzt wird.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In
dieser zeigen:
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1 eine
bevorzugte erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
in einem Längsschnitt,
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2 die
Antriebsvorrichtung aus 1 in einer Rückansicht mit Blickrichtung
gemäß Pfeil
II aus 1, und
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3 in
vereinfachter Darstellung die Antriebsvorrichtung gemäß 1 und 2 bei
vom Antriebsgehäuse
entfernter Regelungspatrone im Moment des Einsetzens in den Aufnahmeraum.
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Die
in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 versehene Antriebsvorrichtung
enthält
als wesentliche Komponenten einen fluidbetätigten Antrieb 2 und einen
diesem zugeordneten Stellungsregler 3.
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Der
Antrieb 2 besitzt ein als Antriebsgehäuse 4 bezeichnetes
Gehäuse
mit einem länglichen
Gehäusebestandteil,
der insbesondere von einem einstückigen,
bevorzugt durch Strangpressen hergestellten Rohrkörper 5 gebildet
ist. An einer Stirnseite, die im Folgenden zur besseren Unterscheidung
als Vorderseite 6 bezeichnet sei, ist der Rohrkörper 5 durch
einen Lagerdeckel 7 verschlossen, der gleichzeitig die
vordere axiale Begrenzung eines im Antriebsgehäuse 4 ausgebildeten
Antriebsraumes 8 bildet, der rückseitig durch eine in den
Innenraum 9 des Rohrkörpers 5 eingesetzte
Abschlusswand 12 begrenzt ist. In dem Antriebsraum 8 befindet
sich ein zu einer linearen Antriebsbewegung 13 antreibbarer
Antriebskolben 14, der mit der Innenfläche des Rohrkörpers 5 in
gleitendem Dichtkontakt steht und den Antriebsraum 8 in
eine an den Lagerdeckel 7 angrenzende vordere Arbeitskammer 15 und
eine der Abschlusswand 12 zugeordnete rückwärtige Arbeitskammer 16 unterteilt.
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Ein
mit dem Antriebskolben 14 bewegungsgekoppeltes Abtriebsteil 17 ist
außerhalb
des Antriebsgehäuses 4 zugänglich und
besitzt dort eine mechanische Schnittstelle 18 zur Verbindung
mit einem zu betätigenden
Bauteil, beispielsweise ein Schieber eines in der Prozessindustrie
eingesetzten Absperrventils. Die Antriebsbewegung 13 des
Antriebskolbens 14 verursacht eine an der Schnittstelle abgreifbare
Abtriebsbewegung 22, um beispielsweise ein Absperrventil
zu öffnen
oder zu schließen.
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Beim
Ausführungsbeispiel
ist das Abtriebsteil 17 als Kolbenstange ausgebildet, die
den Lagerdeckel 7 unter linearer Füh rung und abgedichtet durchsetzt.
Sie führt
entsprechend der Antriebsbewegung 13 eine lineare Antriebsbewegung 22 aus.
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In
die erste Arbeitskammer 15 mündet über den Lagerdeckel 7 ein
erster Fluidkanal 23. In vergleichbarer Weise steht die
rückwärtige Arbeitskammer 16 mit
einem die Abschlusswand 12 durchsetzenden zweiten Fluidkanal 24 in
Verbindung. Durch diese beiden Fluidkanäle 23, 24 hindurch
kann gesteuert ein fluidisches Druckmedium zugeführt und abgeführt werden,
um den Antriebskolben 14 linear in der einen oder anderen
Richtung zu verlagern oder an einer bestimmten Position festzuhalten.
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Bei
einer abgewandelten Ausführungsform ist
der fluidbetätigte
Antrieb 2 abweichend von dem beispielsgemäßen Linearantrieb
ein Drehantrieb. In dessen Antriebsraum 8 befinden sich
dann zweckmäßigerweise
zwei durch Fluidbeaufschlagung gegensinnig linear verstellbare Antriebskolben,
die über Zahnstangen
mit einem Ritzel kämmen,
das an einer als Abtriebsteil fungierenden, im Antriebsgehäuse 4 drehbar
gelagerten Welle angeordnet ist, die rechtwinkelig zu der Richtung
der Antriebsbewegung 13 verläuft. Hier bewirkt die durch
gesteuerte Fluidbeaufschlagung hervorgerufene lineare Antriebsbewegung 13 eine
rotative Antriebsbewegung des Abtriebsteils.
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Alle
Bauformen eignen sich für
ein beliebiges gasförmiges
oder hydraulisches Druckmedium als Antriebsfluid. Bevorzugt wird
allerdings Druckluft eingesetzt. Bei dem fluidbetätigten Antrieb 2 handelt
es sich also insbesondere um einen Pneumatikantrieb.
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Das
Antriebsgehäuse 4 ragt
mit seinem Rohrkörper 5 axial über die
in seinem Innern plazierte Abschlusswand 12 hinaus und
begrenzt axial im Anschluss an den Antriebsraum 8 umfangsseitig
einen Aufnahmeraum 25 für
den Stellungsregler 3. Der Innenraum 9 des Rohrkörpers 5 hat
durchgängig zweckmäßigerweise
den gleichen Querschnitt und wird lediglich durch die eingesetzte
Abschlusswand 12 in den Antriebsraum 8 und den
koaxial in Verlängerung
dazu angeordneten Aufnahmeraum 25 unterteilt. Zur Definition
des Aufnahmeraumes 25 muss daher kein zusätzliches
Gehäuse
angebaut werden. Das Antriebsgehäuse 4 fungiert
auch als Gehäuse für den Stellungsregler 3.
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Der
Stellungsregler 3 zeichnet sich dadurch aus, dass seine
verschiedenen Komponenten, insbesondere seine Regelungselektronik 26 und
seine elektrisch bestätigbare
Ventileinrichtung 27, nicht einzeln bzw. gesondert in dem
Aufnahmeraum 25 untergebracht sind, sondern über eine
als Reglerpatrone 28 bezeichnete Baueinheit, als deren
Komponenten sie ausgeführt
sind und die patronenartig von der der Vorderseite 6 entgegengesetzten
Rückseite 32 her
als selbsttragende Einheit axi al in den Aufnahmeraum 25 eingesetzt
ist. Die Einsetzbewegung ist in 3 bei 33 durch
einen Pfeil angedeutet. Beim Einsetzvorgang durchgreift die Reglerpatrone 28 die dem
Lagerdeckel 7 axial entgegengesetzt rückseitige Rohröffnung,
die mithin als Installationsöffnung 34 fungiert.
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Ersichtlich
ist die Installation und bei Bedarf Deinstallation des Stellungsreglers 3 sehr
vereinfacht, weil lediglich die alle relevanten Komponenten aufweisende
Reglerpatrone 28 in das Antriebsgehäuse 4 eingesteckt
oder herausgezogen werden muss. In diesem Zusammenhang ist es von
Vorteil, wenn die Reglerpatrone 28 als Einsteckteil konzipiert ist,
das ohne überlagerten
Dreh- oder Schraubvorgang allein durch eine rein axiale Bewegung
eingebaut und entnommen werden kann. Prinzipiell wäre allerdings
auch eine überlagerte
Drehbewegung möglich,
insbesondere gegen Ende der Einsetzbewegung 33.
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Es
ist von Vorteil, wenn, wie beim Ausführungsbeispiel, die den Antriebsraum 8 im
Innern des einstückigen
Bestandteils 5 des Antriebsgehäuses 4 axial begrenzende
Abschlusswand 12 ein unmittelbarer Bestandteil der Reglerpatrone 28 ist.
Somit erübrigt
sich eine gesonderte Montage der Abschlusswand 12.
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Diese
wird beim Einsetzen der Reglerpatrone 28 automatisch mit
installiert und an der gewünschten
Stelle im Innenraum des Antriebsgehäuses 4 plaziert.
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Um
eine fluiddichte Abtrennung zwischen dem Antriebsraum 8 und
dem Aufnahmeraum 25 zu erhalten, trägt die Abschlusswand 12 im
Bereich ihres Außenumfanges
eine ringsumlaufende Dichtung 35, die mit der Innenfläche des
Rohrkörpers 5 in Dichtkontakt
steht.
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Die
Abschlusswand 12 ist beim Ausführungsbeispiel von einem Scheibenkörper gebildet, dessen
Umriss dem Querschnitt des Gehäuse-Innenraumes
entspricht. Die Dichtung 35 kann in einer Umfangsnut dieses
Scheibenkörpers
fixiert sein.
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Die
eingesetzte Reglerpatrone 28 bildet zweckmäßigerweise
gleichzeitig auch einen Verschlussdeckel 36 für die Installationsöffnung 34.
Mithin gehört
der Verschlussdeckel 36 zur Reglerpatrone 28 und
wird bei deren Installation bzw. Deinstallation automatisch mit
installiert oder deinstalliert und man kann auf einen gesonderten
Verschlussdeckel verzichten.
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Zweckmäßigerweise übernimmt
der Verschlussdeckel 36 im Zusammenwirken mit dem Antriebsgehäuse 4 gleichzeitig
auch eine Begrenzungsfunktion, indem er die Einsetztiefe der Reglerpatrone 28 vorgibt.
Beim Ausführungsbeispiel
ist dies dadurch gelöst,
dass der Verschlussdeckel 36 einen größeren Querschnitt als der Aufnahmeraum 25 besitzt,
so dass er an der rückwärtigen Stirnfläche 37 des
Rohrkörpers 5 zur
Anlage ge langt, wenn die gewünschte
Einsetztiefe erreicht ist. Ein in der Zeichnung nicht näher dargestellter
Zentrierbund an der axialen Innenfläche der Verschlussdeckels 36 taucht zweckmäßigerweise
ein Stück
weit in den Aufnahmeraum 25 ein und sorgt in Kombination
mit der Abschlusswand 12 für eine exakt koaxiale Ausrichtung der
Reglerpatrone 28 bezüglich
dem Antriebsgehäuse 4.
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Die
Abschlusswand 12 und der Verschlussdeckel 36 sind
durch sich axial zwischen ihnen erstreckende Distanzelemente 38 unter
Bildung einer starren Tragstruktur 42 fest miteinander
verbunden und auf axialem Abstand zueinander gehalten. An dieser
Tragstruktur 42 sitzen sowohl die Regelungselektronik 26 als
auch die Ventileinrichtung 27, die beide in dem zwischen
der Abschlusswand 12 und dem Verschlussdeckel 36 befindlichen
Zwischenraum untergebracht sind.
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Die
Distanzelemente 38 sind bevorzugt stabförmig ausgebildet und in gleichmäßiger Umfangsverteilung
angeordnet. Beim Ausführungsbeispiel sind
drei solcher Distanzelemente 38 vorgesehen. Gegenüber einem
einzigen, beispielsweise hülsenartigen
Distanzelement bietet diese Mehrfachanordnung stabförmiger Distanzelemente 38 den
Vorteil, dass dazwischen fensterartige Aussparungen verbleiben,
die bei deinstallierter Reglerpatrone 28 den seitlichen
Zugriff zu den Komponenten des Stellungsreglers 3 erleichtern.
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Die
Ventileinrichtung 27 besitzt zwei Arbeitsanschlüsse 43, 44,
die mit je einem der Fluidkanäle 23, 24 verbunden
sind. Über
diese Arbeitsanschlüsse 43, 44 wird
das Antriebsfluid bezüglich
den Arbeitskammern 15, 16 zu- und abgeführt. Ein
Vorteil der illustrierten Bauform besteht darin, dass obgleich die
Reglerpatrone 28 eine bezüglich dem Antriebsgehäuse 4 separate
Komponente ist, die erforderliche fluidische Verbindung zu den Fluidkanälen 23, 24 automatisch
besteht, wenn die Reglerpatrone 28 in ihrer Aufnahmeraum 25 eingesetzt
worden ist.
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Hierzu
beinhaltet die Reglerpatrone 28 einen ersten und einen
zweiten Steuerkanal 45, 46. Der zweite Steuerkanal 46 ist
mit dem oben erwähnten zweiten
Fluidkanal 24 identisch. Er durchsetzt die Abschlusswand 12 und
mündet
direkt in die sich anschließende
rückwärtige Arbeitskammer 16. Über eine
bevorzugt flexible Fluidleitung 47a ist er mit dem einen
Arbeitsanschluss 44 verbunden.
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Der
zweite Steuerkanal 46 durchsetzt den Verschlussdeckel 36.
Er ist einenends über
eine Fluidleitung 47b mit dem anderen Arbeitsanschluss 43 verbunden.
Andererseits mündet
dieser erste Steuerkanal 45 derart an der der Stirnfläche 37 zugewandten
Deckelfläche,
so dass er mit dem dort ausmündenden
ersten Fluidkanal 23 fluchtet, der die Wandung des Rohrkör pers 5 axial
durchsetzt und über den
Lagerdeckel 7 in die vordere Arbeitskammer 15 einmündet.
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Beim
Einsetzen der Reglerpatrone 28 in den Aufnahmeraum 25 wird
automatisch eine fluidische Verbindung zwischen dem ersten Steuerkanal 45 und
dem ersten Fluidkanal 23 hergestellt. Nicht näher dargestellte
Dichtungsmittel zwischen dem Verschlussdeckel 36 und dem
Rohrkörper 5 sorgen
dabei für
einen leckagefreien Fluidübertritt.
Da der zweite Steuerkanal 46 direkt zur rückwärtigen Arbeitskammer 16 ausmündet, sind
dort keine Abdichtmaßnahmen
notwendig.
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Da
zweckmäßigerweise
sämtliche
für die
fluidische und elektrische Kommunikation mit externen Einrichtungen 48 vorgesehenen
fluidischen und elektrischen Schnittstellen 52, 53 an
der Reglerpatrone 28 angeordnet sind, bedarf es bei der
Installation und Deinstallation der Reglerpatrone 28 insgesamt
keiner speziellen Handhabung, um fluidische und/oder elektrische
Verbindungen zwischen Reglerpatrone 28 und Antriebsgehäuse 4 herzustellen
oder zu lösen.
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Die
vorgenannten fluidischen und elektrischen Schnittstellen 52, 53 befinden
sich zweckmäßigerweise
an oder im Verschlussdeckel 36. Hierbei sind sie bevorzugt
an der dem Antriebsraum 8 axial entgegengesetzten äußeren Stirnseite
des Verschluss deckel 36 plaziert und sind somit bequem
von der Rückseite
der Antriebsvorrichtung 1 her zugänglich.
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Die
fluidischen Schnittstellen 52 enthalten eine Versorgungsschnittstelle 52a und
eine Entsorgungsschnittstelle 52b. An der Versorgungsschnittstelle 52a kann über eine
lösbar
anschließbare
externe Fluidleitung 54 eine Fluidverbindung zu einer Druckquelle 48a hergestellt
werden, die das Arbeitsmedium liefert.
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Über die
Entsorgungs-Schnittstelle 52b kann verbrauchtes Arbeitsmedium
abgeführt
werden. Handelt es sich um Druckluft, kann an der Entsorgungs-Schnittstelle 52b wie
abgebildet ein Schalldämpfer 55 installiert
sein, der eine geräuscharme Entlüftung zur
unmittelbaren Umgebung zulässt.
Ansonsten kann an der Entsorgungs-Schnittstelle 52b auch
eine das verbrauchte Medium wegführende Fluidleitung
angeschlossen werden.
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Die
fluidischen Schnittstellen 52 kommunizieren mit den Verschlussdeckel 36 durchsetzenden Kanälen 51,
die an der der Abschlusswand 12 zugewandten Innenfläche des
Verschlussdeckels 36 ausmünden, wo weitere Fluidleitungen 47c, 47d angeschlossen
sind, die zu einem Speiseanschluss 56 und einem oder mehreren
Entlastungs- bzw. Entlüftungsanschlüssen 57 der
Ventileinrichtung 27 führen.
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Die
internen Fluidleitungen 47a–47d sind beim Ausführungsbeispiel
als Druckmittelschläuche ausgeführt. Es
kann sich jedoch genauso gut um starre Leitungen handeln oder um
in geeigneter Weise in die Reglerpatrone 28 integrierte
Kanäle.
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Die
Ventileinrichtung 27 enthält ein oder mehrere elektrisch
betätigbare
Steuerventile 58. Sie sind in der Lage, entsprechend ihres
Aktivierungszustandes eine dahingehende Ventilbetätigung hervorzurufen,
dass die Arbeitskammern 15, 16 zum Zwecke der Positionierung
des Antriebskolbens 14 mit Fluid beaufschlagt oder entlastet
bzw. entlüftet
werden. Beim Ausführungsbeispiel übernimmt
die Steuerung ein einziges, als 5/3-Wegeventil ausgeführtes Steuerventil 58a,
während
ein weiteres Steuerventil 58b lediglich als Sicherheitsventil
fungiert, das bei einem Stromausfall eine bevorzugte Schaltstellung einnimmt,
die eine Verlagerung des Antriebskolbens 14 und des Abtriebsteils 17 in
eine aus Sicherheitsaspekten unbedenkliche Position bewirkt.
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Die
Ansteuerung der Ventileinrichtung 27 übernimmt die in der Reglerpatrone 28 integrierte
Regelungselektronik 26. Diese ist zweckmäßigerweise auf
einer oder mehreren Platinen 61 aufgebaut. Beim Ausführungsbeispiel
ist die mindestens eine Platine 61 an der Ventileinrichtung 27 befestigt,
die ihrerseits über
mindestens ein Befestigungselement 59 axial innen am Verschlussdeckel 36 gehalten
ist.
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Die
für den
Betrieb der Ventileinrichtung 27 erforderliche Betriebsenergie
bzw. Betriebsspannung wird über
eine der elektrischen Schnittstellen 53 eingespeist, die
als elektrische Versorgungsschnittstelle 53a fungiert.
In dem meisten Fällen
liegen hier 24 Volt an. Mindestens eine zusätzliche elektrische Ansteuerschnittstelle 53b ermöglicht die
Eingabe eines elektrischen Steuersignals, das als Sollwert für die gewünschte Axialposition
des Antriebskolbens 14 fungiert. Der Sollwert wird in der
Regelungselektronik 26 verarbeitet und ruft ein elektrisches
Steuersignal für
die Ventileinrichtung 27 hervor, die dementsprechend die
Fluidbeaufschlagung der beiden Arbeitskammern 15, 16 bewirkt.
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Über externe
elektrische Leitungen 60 kann die Versorgungsschnittstelle 53a an
eine Spannungsquelle 48b und die Ansteuerschnittstelle 53b an
eine elektronische Steuereinrichtung 48c angeschlossen
werden.
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Die
vorhandene oder eine zusätzliche
Ansteuerschnittstelle 53b kann als Busschnittstelle ausgeführt sein,
um einen mit einer externen elektronischen Steuereinrichtung 48c kommunizierenden
Bus anschließen
zu können. Über diesen
Bus können dann
sowohl Steuersignale herangeführt
als auch Rückmeldesignale
zurückgeführt werden.
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Um
den momentanen Istwert der Position des Antriebskolbens 14 und
mithin des Abtriebsteils 17 zu erfassen, ist die Antriebsvorrichtung 1 mit
einer Positionsmesseinrichtung 63 ausgestattet. Diese beinhaltet
eine stabförmige
Messkomponente 64, die als Bestandteil der Reglerpatrone 28 ausgeführt ist und
ausgehend von der Abschlusswand 12 in den Antriebsraum 8 axial
hineinragt. Zweckmäßigerweise ist
die Messkomponente 64 dadurch an der Abschlusswand 12 befestigt,
dass sie diese unter Abdichtung durchsetzt und lösbar eingeschraubt ist. Über elektrische
Leiter 65 ist die Messkomponente 64 innerhalb
des Aufnahmeraumes 25 mit der Regelungselektronik 26 elektrisch
verknüpft.
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Beim
Ausführungsbeispiel
beinhaltet die Messkomponente 64 ein in einem Schutzrohr 70 angeordnetes
Linearpotentiometer mit einem die Leiterbahnen überbrückenden Gleitstück 66,
das durch Magnetkraft mit dem Antriebskolben 14 bewegungsgekoppelt
ist. Letzterer trägt
beim Ausführungsbeispiel
an seiner dem Aufnahmeraum 25 zugewandten Rückseite
eine Permanentmagneteinrichtung 67, die dafür sorgt,
dass das Gleitstück 66 stets
mitgenommen wird, so dass ein von der Linearposition abhängiges Positionssignal
erzeugt wird.
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Die
stabförmige
Messkomponente 64 taucht in den Antriebskolben 14 und
das sich anschließende Abtriebsteil 17 positionsabhängig mehr
oder weniger weit ein. Antriebskolben 14 und Abtriebsteil 17 sind zu
diesem Zweck wenigstens teilweise hohl ausgebildet.
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Die
Positionsmesseinrichtung 63 könnte auch auf einem anderen
Funktionsprinzip basieren. Wesentlich ist die Hervorrufung eines
der Istposition des Antriebskolbens 14 bzw. des Abtriebsteils 17 entsprechenden
elektrischen Istwertes, der in der Regelungselektronik 26 mit
dem von außen
aufgegebenen Sollwert verglichen wird, um darauf aufbauend die Ventileinrichtung 27 so
zu aktivieren, dass der Antriebskolben 14 in die gewünschte Sollposition
verlagert wird.
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Da
die Messkomponente 64 ein Bestandteil der Reglerpatrone 28 ist,
wird sie gemeinsam mit dieser im Antriebsgehäuse 4 installiert
bzw. bei Bedarf deinstalliert. Bei der Installation wird sie in
den Hohlraum des Antriebskolbens 14 des Abtriebsteils 17 eingeführt.
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Im
Innern des Verschlussdeckels 36 befindet sich zweckmäßigerweise
eine an die Regelungselektronik 26 angeschlossene Hilfselektronik 62,
die mindestens eine Platine beinhaltet, welche mit manuell betätigbaren
Bedienelementen 68 und mit optischen Anzeigemitteln 69 bestückt ist. Über die
Anzeigemittel 69 können
betriebsrelevante Daten angezeigt werden, beispielsweise Sollwert
und Istwert des Positionsregelung und/oder der aktuelle Betriebsmodus,
beispielsweise manueller Betriebsmodus oder Automatikmodus. Die
Anzeigemittel 69 enthalten hierzu insbesondere ein alphanumerisches
Display.
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Die
Bedienelemente 68 können
beispielsweise Schalter oder Taster sein, über die sich der Betrieb der
Vorrichtung manuell steuern lässt
und/oder über
die Betriebsparameter eingegeben und/oder abgefragt werden können.
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Die
zweckmäßigerweise
mindestens eine Platine aufweisende Hilfselektronik 62 ist
beim Ausführungsbeispiel
zusammen mit den Bedienelementen 68 und den Anzeigemitteln 69 in
einer Deckelausnehmung 72 untergebracht, die von einer
Abdeckplatte 73 unter Abdichtung abgedeckt ist. Die Abdeckplatte 73 ist
lösbar,
insbesondere mittels nicht näher
gezeigten Schrauben, an dem Verschlussdeckel 36 angeordnet
und kann bei Bedarf auch die fluidischen und/oder elektrischen Schnittstellen 52, 53 aufweisen.
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Gegenüberliegend
den Anzeigemitteln 69 enthält die Abdeckplatte 73 eine
mit durchsichtigem Material verschlossene erste Durchbrechung 74,
so dass die angezeigten Informationen von außen abgelesen werden können. Eine
den Bedienelementen 68 gegenüberliegende zweite Durchbrechung 75 der Abdeckplatte 73 ermöglicht den
Zugriff zu den Bedienelementen 68 und ist mit einem leicht
entfernbaren, bevorzugt lösbar
angeschraubten Deckel 76 unter Abdichtung verschlossen.
Zur Betätigung der
Bedienelemente 68 wird der Deckel 76 vorrübergehend entfernt.
Die gesamte Anordnung ist so ausgelegt, dass auch strengeren Dichtheitsanforderungen
genüge
getan ist.
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Sofern
der Stellungsregler 3 über
einen externen Bus angesteuert werden soll, beinhaltet er auch eine
geeignete Buselektronik. Diese kann zur Verarbeitung unterschiedlicher
Busprotokolle ausgelegt sein. Diese Buselektronik befindet sich
wie die übrigen
Komponenten des Stellungsreglers 3 an Bord der Reglerpatrone 28 und
ist beispielsweise Bestandteil der Hilfselektronik 62.
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Die
Ansteuerung des Stellgliedes 3 durch eine externe elektronische
Steuereinrichtung kann auch drahtlos erfolgen. Hierzu ist am Reglermodul 28 mindestens
eine entsprechend ausgebildete elektrische Schnittstelle vorhanden,
der insbesondere eine Empfänger-
und Sendeelektronik zugeordnet ist. Diese kann auch einen Webbrowser
beinhalten.
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Beim
Ausführungsbeispiel
erfolgt über
den Stellungsregler 3 eine lagegeregelte Positionierung des
Antriebskolbens 14. Möglich
wäre allerdings auch
eine druckgeregelte Positionierung, wobei die Ventileinrichtung 27 in
einem solchen Fall zweckmäßigerweise
ein Differenzdruck-Proportionalventil für die Ansteuerung der beiden
Arbeitskammern 15, 16 aufweist und Drucksensoren
zur Erfassung der in den Arbeitskammern 15, 16 herrschenden
Drücke vorhanden
sind.