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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder für einen Hexapod, sowie einen Hexapod, der mit einem solchen Hydraulikzylinder ausgestattet ist.
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Stand der Technik
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Als Stand der Technik ist die
DE 10 2010 025 275 A1 bekannt, die einen Hexapod betrifft. Der bekannte Hexapod umfasst eine vorzugsweise plattenförmige Aufnahme, an der wenigstens fünf, vorzugsweise sechs in Gelenken gelagerte Stäbe angeordnet sind, wobei jeder Stab mit seinem anderen Ende gelenkig an einer Halterung angeordnet ist und alle Halterungen längs einer Kreisbahn bewegbar sind.
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Jede Halterung ist an einem separaten Trägerring angeordnet, wobei der jeweilige Trägerring samt der an ihm angeordneten Halterung bewegbar ist, und jeder Trägerring bildet den Rotor oder einen Teil eines Rotors eines elektromotorischen Antriebsmittels, umfassend weiterhin einen dem jeweiligen Trägerring zugeordneten ringförmigen Stator. Mit einem Ende sind die Stäbe über ein Gelenk an jeweils einer Halterung angeordnet, wobei das Gelenk wiederum ein Drehgelenk umfasst, das seinerseits um eine weitere Drehachse an einer ihrerseits an der Halterung drehbar aufgenommene Gelenkhalterung drehgelagert ist. Auf diese Weise wird eine kardanische Bewegungslagerung realisiert.
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Gegenstand der Erfindung
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Hydraulikzylinder für einen Hexapod sowie einen Hexapod mit einem solchen Hydraulikzylinder bereitzustellen, der im Einsatz eine hohe Zustellgenauigkeit aufweist, und insbesondere bei Verwendung des Hydraulikzylinders für einen Hexapod eine steife Konstruktion ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Hydraulikzylinder gemäß Anspruch 1 sowie einen Hexapod gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist es, das kardanische Gelenk an einem vom Endabschnitt des Hydraulikzylinders entfernt gelegenen Abschnitt anzubringen, und somit eine besonders steife Konstruktion bereitzustellen. Mit anderen Worten erstreckt sich ein Teil des Hydraulikzylinders über einen Abschnitt des kardanischen Gelenks hinaus.
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Erfindungsgemäß wird ein Hydraulikzylinder für einen Hexapod bereitgestellt, mit: einer ersten beweglichen Kolbenstange, einer mit der ersten Kolbenstange verbundenen zweiten Kolbenstange und einem Zylindergehäuse, sowie einem an der ersten Kolbenstange befestigen Gelenk zur Anbringung an einem Prüflingsträger und einem am Zylindergehäuse befestigten kardanischen Gelenk zur Abstützung gegenüber einer Basis. Die zweite Kolbenstange des Hydraulikzylinders, die insbesondere an einer von der ersten Kolbenstange gegenüberliegenden Seite des Zylindergehäuses vorgesehen ist, ist abschnittsweise über ein Gelenkelement des kardanischen Gelenks hinaus bewegbar. Beim Gelenkelement kann es sich um eines der Gelenkelemente des kardanischen Gelenks handeln.
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Mit der beschriebenen Anordnung des kardanischen Gelenks am Hydraulikzylinder kann dieser äußerst steif ausgebildet werden. Ferner ist eine hohe Zustellgenauigkeit realisierbar, die insbesondere bei der Verwendung des Hydraulikzylinders bei einer Messvorrichtung wie einem Hexapod vorteilhaft ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform durchdringt die zweite Kolbenstange im Betrieb das kardanische Gelenk. Somit kann sich die zweite Kolbenstange abschnittsweise über das kardanische Gelenk hinaus bewegen. Auf diese Weise wird eine äußert kompakte Einheit bereitgestellt.
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Bevorzugt ist die zweite Kolbenstange des Hydraulikzylinders zumindest teilweise über eine Schwenkachse des kardanischen Gelenks hinaus bewegbar.
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Insbesondere ist neben einer Ausnehmung in einer Zylinderbasis, die am Zylindergehäuse angebracht ist, ferner eine Ausnehmung in einem Gelenkelement des kardanischen Gelenks vorgesehen, die dem Durchmesser der Ausnehmung in der Zylinderbasis im Wesentlichen entspricht und mit dieser fluchtet. Darüber hinaus kann die Ausnehmung des Gelenkelements mit einer am Gelenkelement angebrachten Verlängerung verlängert werden. Mit dieser Verlängerung wird die Ausnehmung des Gelenkelements, in die die zweite Kolbenstange im Betrieb eindringt, über das Gelenkelement des kardanischeb Gelenks hinaus verlängert und geschlossen.
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Bevorzugt sind Anschlüsse zur Versorgung des Hydraulikzylinders mit einem Fluid in das kardanische Gelenk vorgesehen. Diese sind bevorzugt am Gelenkelement des kardanischen Gelenks angebracht. Durch das Einbringen des Fluids in das kardanische Gelenk können Pulsation des Fluids und dessen Hydraulikschläuche, und damit in Zusammenhang stehende Vibrationen, weitgehend vermieden werden. Einer der genannten Anschlüsse dient insbesondere zum Aufbringen eines Öldrucks, und der andere der Anschlüsse als Rücklauf.
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Bevorzugt ist an einem Endabschnitt der zweiten Kolbenstange ein Anschluss für einen Wegaufnehmer vorgesehen. Die vom Wegaufnehmer erfassten Daten können für den Betrieb des Hydraulikzylinders verwendet werden, um eine weggereglte Ausstellbewegung der beweglichen Kolbenstangen zu steuern.
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In einer Ausführungsform ist der Hydraulikzylinder ein Gleichgangzylinder. Auf diese Weise ist eine besonders exakte Führung der Bewegung des Kolbens, und somit der Kolbenstangen, möglich.
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Neben dem genannten Hydraulikzylinder betrifft die vorliegende Erfindung ferner einen Hexapod mit zumindest einem solchen Hydraulikzylinder, der ferner einen Prüflingsträger und ein Podest aufweist. Bevorzugt werden insgesamt sechs der genannten Hydraulikzylinder für einen Hexapod verwendet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders für einen Hexapod.
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2 ist eine Schnittansicht des kardanischen Gelenks des Hydraulikzylinders gemäß 1
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3 ist eine Darstellung eines Hexapods mit mehreren erfindungsgemäßen Hydraulikzylindern
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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In 1 wird ein Hydraulikzylinder 1 dargestellt, der eine erste bewegliche Kolbenstange 2 sowie ein Zylindergehäuse 3 aufweist. Am Zylindergehäuse 3 ist eine Zylinderbasis 15 über eine Flanschverbindung befestigt.
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Beim Hydraulikzylinder 1 handelt es sich um einen Gleichgangzylinder. Demnach sind innerhalb des Zylindergehäuses 3 zwei voneinander getrennte Kammern vorgesehen (in den Figuren nicht dargestellt). Eine Vergrößerung des Volumens der einen Kammer führt zu einer entsprechenden Reduzierung des Volumens der jeweils anderen Kammer. Bedingt durch die wechselnde Veränderung der Volumina der beiden Kammern innerhalb des Zylindergehäuses 3 wird ein zumindest abschnittsweise innerhalb des Zylindergehäuses 3 beweglicher Kolben, und somit die mit dem Kolben verbundene, erste Kolbenstange 2 und eine zweite Kolbenstange 13, relativ zum Zylindergehäuse 3 bewegt.
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Am freien Ende der ersten beweglichen Kolbenstange 2 ist ein Kugelgelenk 4 vorgesehen, das eine gelenkige Verbindung zwischen der Kolbenstange 2 und einem Verbindungsabschnitt 103 eines Prüflingsträgers 100 herstellen kann.
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Das Zylindergehäuse 3 umfasst einen Zylindermantel mit Versteifungsrippen 3a, die eine besonders biegesteife Ausgestaltung des Zylindergehäuses 3 gewährleisten. Ferner ist das Zylindergehäuse 3 an einem zur ersten Kolbenstange 2 gegenüberliegenden Ende mit einem kardanischen Gelenk K versehen, über das der Hydraulikzylinder 1 mit einer Fußkonsole 300 gelenkig in Verbindung steht. Die Fußkonsole wiederum kann über eine Vielzahl von Schrauben auf einem Untergrund befestigt werden.
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Das kardanische Gelenk K umfasst zwei Lagerelemente 10, 11, die die Schwenkbarkeit des Hydraulikzylinders 1 um eine erste Schwenkachse A1 gewährleisten. Jedes der Lagerelemente 10, 11 ist hierzu an einer geneigten Fläche der Fußkonsole 300 mit einer Vielzahl von Schrauben fixiert, und stellt über ein Drehgelenk (nicht gezeigt) eine schwenkbare Verbindung zu einem Basiselement 40 des kardanischen Gelenks K bereit.
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Wie im Detail 2 zu entnehmen, sind an einer ersten Seite des Basiselements 40 des kardanischen Gelenks K Deckelelemente 41a, 41b angebracht, und an einer zweiten Seite des Basiselements 40 des kardanischen Gelenks K sind ebenfalls Deckelelemente 42a–42c vorgesehen. Mit diesen Deckelelementen 41a, 41b und 42a–42c wird das Innere des Basiselements 40 geschlossen.
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Im Inneren des Basiselements 40 wird ein Gelenkelement 5 schwenkbar gelagert. Das Gelenkelement 5 erstreckt sich in einer zum Drehgelenk (nicht gezeigt), das zwischen den Lagerelementen 10, 11 verläuft, im Wesentlichen senkrechten Richtung. Durch das Gelenkelement 5 wird eine zweite Schwenkachse A2 des kardanischen Gelenks K definiert.
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Hierzu wird das Gelenkelement 5 über Lager 43, 44 gegenüber dem Basiselement 40 abgestützt, wobei das erste Lager 43 durch die Deckelelemente 41a, 41b an einer ersten Seite des Basiselements 40 axial fixiert wird, und das zweite Lager 44 durch die Deckelelemente 42a–42c an einer zweiten Seite des Basiselements 40 befestigt wird. Durch die Verspannung der Lager 43, 44 wird das Gelenkelement 5 in seiner axialen Richtung innerhalb des Basiselements 40 festgelegt.
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Im Bereich der Deckelemente 41a, 41b steht das Gelenkelement 5 aus dem Basiselement 40 hervor. Am freiliegenden Ende des Gelenkelements 5 ist ein Anschlusselement 22 angebracht, das an der vom Gelenkelement 5 weg weisenden Seite mit einem ersten Anschluss 6 zur Zuführung eines Hydraulikfluids, sowie einem zweiten Anschluss 7 versehen ist, welcher zweite Anschluss 7 als Rücklauf dient.
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Am Anschlusselement 22 sind darüber hinaus zwei Pulsationsdämpfer 20, 21 angebracht, wobei der erste Pulsationsdämpfer 20 eine Pulsation des Hydraulikfluids, das über den ersten Anschluss 6 zugeführt wird, dämpft, wohingegen der zweite Pulsationsdämpfer 21 eine Pulsation des Hydraulikfluids im Bereich des zweiten Anschlusses 7 dämpft.
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Ausgehend vom ersten Anschluss 6 ist durch das Anschlusselement 22 sowie das Gelenkelement 5 eine Hydraulikleitung 12 vorgesehen. Die Hydraulikleitung 12 erstreckt sich in diesem Bereich in einer zur zweiten Schwenkachse A2 parallelen Richtung.
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In einem mittigen Abschnitt des Gelenkelements 5 ist an diesem die Zylinderbasis 15 fixiert, an der wiederum das Zylindergehäuse 3 über eine Flanschverbindung angebracht ist. Die im Gelenkelement 5 vorgesehene Hydraulikleitung 12 ist durch die Zylinderbasis 15 verlängert, und stellt somit das für den Betrieb des Gleichgangzylinders erforderliche Hydraulikfluid bereit.
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Zum Betrieb des Gleichgangzylinders sind an der Zylinderbasis 15 Servoventile 14a, 14b, 14a', 14b' vorgesehen, die die innerhalb des Zylindergehäuses 3 vorgesehenen, voneinander getrennten Kammern (nicht dargestellt) mit Hydraulikfluid versorgen können.
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Der zweite Anschluss 7 ist ebenso wie der erste Anschluss 6 über eine Hydraulikleitung, die innerhalb des Gelenkelements 5 verläuft und sich in ähnlicher Weise durch die Zylinderbasis 15 erstreckt, realisiert.
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In die Zylinderbasis 15 kann die zweite Kolbenstange 13 eintauchen. Zur Bewegung der zweiten Kolbenstange 13 ist neben einer Ausnehmung 15a in der Zylinderbasis 15 ferner eine Ausnehmung 5a im Gelenkelement 5 vorgesehen, die dem Durchmesser der Ausnehmung 15a in der Zylinderbasis 15 entspricht und mit dieser fluchtet. Darüber hinaus ist an einer der Ausnehmungen 15a gegenüberliegenden Seite des Gelenkelements 5 eine Verlängerung 8 angebracht, innerhalb der die Ausnehmung 5a des Gelenkelements 5 weiter verlängert ist.
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An einem Endabschnitt der Verlängerung 8 ist ein Wegaufnahmeranschluss 31 angebracht, der über ein Kabel 30 mit einer Messeinheit in Verbindung steht. Ausgehend vom Wegaufnehmeranschluss 31 erstreckt sich durch die Ausnehmungen 5a und 15a des Gelenkelements 5 sowie der Zylinderbasis 15 eine Metallstange 32, die durch ihre mittige Ausrichtung in den Ausnehmungen 5a und 15a in eine Innenausnehmung 13a des Kolbens 13 eindringt.
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Die Metallstange 32 ist Teil des Wegmesssystems, das ferner einen an der zweiten Kolbenstange 13 angebrachten Weggeber (nicht dargestellt) umfasst. Auf diese Weise kann eine Bewegung der zweiten Kolbenstange 13 innerhalb der Ausnehmung 15a der Zylinderbasis 15 und der Ausnehmung 5a des Gelenkelements 5 sowie der Verlängerung 8 erfasst werden. Die erfassten Daten können zur Betätigung des Hydraulikzylinders 1 genutzt werden.
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In 3 ist ein Hexapod dargestellt, der sechs der zuvor beschriebenen Hydraulikzylinder 1 umfasst, die über Fußkonsolen 300 gegenüber einem Untergrund abgestützt werden und über einen jeweiligen Verbindungsabschnitt 103 mit dem Kugelgelenk 4 des jeweiligen Hydraulikzylinders 1 in Kontakt stehen.
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Der Prüflingsträger 100 des Hexapod umfasst ein Ringelement 101, an dem die genannten Verbindungabschnitte 103 angebracht sind. In einer mittigen Position innerhalb des Ringelements 101 ist ein Mittenelement 102 vorgesehen, das über eine Vielzahl von Streben 104 mit dem Ringelement 101 des Prüflingsträgers 100 in Kontakt steht.
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In einer vertikalen Richtung unterhalb des Prüflingsträgers 100 ist ein Podest 200 vorgesehen. Das Podest 200 weist an einer zum Prüflingsträger 100 weisenden Seite eine Aufnahmefläche 201 auf. Auf dieser Aufnahmefläche 201 kann eine Kraftmessdose fixiert werden, die mit dem Mittenelement 102 des Prüflingsträgers 100 in Kontakt gebracht werden kann. Die von der Kraftmessdose erfassten Daten können zur Kraftregelung des Hexapod verwendet werden.
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Die Ausführung des Prüflingsträgers 100 mit einem Ringelement 101 ermöglicht stets eine optimale und äußerst flexible Positionierung des Prüflings im Prüfaufbau.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010025275 A1 [0002]
