DE202020004034U1 - Drive device, in particular drive device for a tool - Google Patents
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Abstract
Antriebs-Vorrichtung (10, 10.3, 10.5), insbesondere Antriebs-Vorrichtung für zumindest ein Werkzeug (44, 46, 62, 64),
- mit zumindest einer druckdichten Kammer (20, 20.3),
- mit zumindest einer elastisch verformbaren Membran (30, 50), die als Deckelfläche der druckdichten Kammer (20, 20.3) vorhanden ist,
- wobei die elastisch verformbare Membran (30, 50) in einem ersten Zustand (32, 52) nach innen gewölbt und damit konkav ausgebildet ist und in einem zweiten Zustand (36, 56) nach außen gewölbt und damit konvex ausgebildet ist.
Drive device (10, 10.3, 10.5), in particular drive device for at least one tool (44, 46, 62, 64),
- with at least one pressure-tight chamber (20, 20.3),
- With at least one elastically deformable membrane (30, 50), which is present as a cover surface of the pressure-tight chamber (20, 20.3),
- wherein the elastically deformable membrane (30, 50) is curved inward in a first state (32, 52) and is thus concave and in a second state (36, 56) is curved outward and is thus convex.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Erfindung betrifft eine Antriebs-Vorrichtung, insbesondere eine Antriebs-Vorrichtung für zumindest ein Werkzeug, beispielsweise für einen Greifer oder für ein Prägewerkzeug.The invention relates to a drive device, in particular a drive device for at least one tool, for example for a gripper or for an embossing tool.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Im Anlagenbau müssen vielseitige Bewegungen mittels Antriebs-Vorrichtungen angetrieben werden. Die Antriebs-Vorrichtungen nutzen zur Erzeugung einer Bewegung verschiedene Energiequellen und sind meist von größerer Komplexität. Dadurch können sich bei bestimmten Anwendungen Einschränkungen ergeben.In plant construction, versatile movements must be driven by means of drive devices. The drive devices use different energy sources to generate a movement and are usually of greater complexity. This can result in restrictions for certain applications.
Darüber hinaus sind die im Stand der Technik bekannten Lösungen oftmals nur in eingeschränkter Weise für solche Branchen nutzbar, in denen hohe Anforderungen an die Reinigbarkeit und Sterilisierbarkeit gestellt wird. Insbesondere bei Antriebs-Vorrichtungen für die aseptische Produktion und für die Produktion in Reinräumen wird daher häufig auf Lösungen zurückgegriffen, bei denen die Antriebs-Vorrichtungen verdeckt integriert werden, so dass lediglich die Bewegung in den Produktionsraum geführt wird. Dies ist in der Regel nur unter sehr hohem Aufwand möglich, da eine komplexe Kinematik für die Umsetzung der Bewegung erforderlich ist. Im Handel verfügbare Antriebs-Vorrichtungen arbeiten zudem oft mit Linearbewegungen, bei denen eines oder mehrere Elemente zwischen dem Produktionsraum und dem Innenraum der Antriebs-Vorrichtung hin und her bewegt werden. Derartige Lösungen bringen daher das Risiko von Keim-, Wirkstoff- oder Schmierstoff-Verschleppungen mit sich. Darüber hinaus können hierbei Partikel generiert und/oder verschleppt werden. Die Komplexität der jeweiligen Antriebs-Vorrichtungen bringt darüber hinaus höhere Herstellungskosten, einen erhöhten Wartungsaufwand und in der Regel auch einen vergleichsweise großen Bauraum mit sich.In addition, the solutions known in the prior art can often only be used to a limited extent for sectors in which high demands are made on cleanability and sterilizability. In particular in the case of drive devices for aseptic production and for production in clean rooms, solutions are therefore often used in which the drive devices are integrated in a concealed manner, so that only the movement is guided into the production room. This is usually only possible with a great deal of effort, since complex kinematics are required to implement the movement. In addition, commercially available drive devices often work with linear movements, in which one or more elements are moved back and forth between the production space and the interior of the drive device. Such solutions therefore entail the risk of germs, active substances or lubricants being carried over. In addition, particles can be generated and / or carried over here. The complexity of the respective drive devices also entails higher manufacturing costs, increased maintenance expenditure and, as a rule, also a comparatively large installation space.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
Ausgehend von diesem vorbekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Antriebs-Vorrichtung für zumindest ein Werkzeug anzugeben, die auch unter aseptischen Bedingungen eingesetzt werden kann.Proceeding from this previously known prior art, the invention is based on the object of specifying an improved drive device for at least one tool, which can also be used under aseptic conditions.
Die erfindungsgemäße Antriebs-Vorrichtung ist durch die Merkmale des Hauptanspruchs 1 gegeben. Sinnvolle Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von sich an diesen Anspruch anschließenden weiteren Ansprüchen.The drive device according to the invention is given by the features of main claim 1. Useful further developments of the invention are the subject of further claims which follow this claim.
Die erfindungsgemäße Antriebs-Vorrichtung besitzt zumindest eine elastisch verformbare Membran, die als Deckelfläche einer druckdichten Kammer vorhanden ist. Die elastisch verformbare Membran ist dabei in einem ersten Zustand nach innen gewölbt und damit konkav ausgebildet und in einem zweiten Zustand nach außen gewölbt und damit konvex ausgebildet. Der Querschnitt der Kammer und der Querschnitt der verformbaren Membran kann grundsätzlich frei gewählt werden, so dass diese an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden kann.The drive device according to the invention has at least one elastically deformable membrane which is present as the cover surface of a pressure-tight chamber. The elastically deformable membrane is arched inward in a first state and thus formed concave, and in a second state arched outward and thus formed convex. The cross-section of the chamber and the cross-section of the deformable membrane can in principle be freely selected so that it can be adapted to different requirements.
Bei einer Verformung der elastischen Membran können mehrere geometrisch bestimmte Zustände eingenommen werden. Diese Zustände können grundsätzlich sowohl stabil als auch metastabil eingenommen werden. Aus einem stabilen Grundzustand kann die Membran durch eine Krafteinwirkung in einen weiteren stabilen oder einen metastabilen Zustand verformt werden. Die Rückstellung der Membran aus einem metastabilen Zustand kann nach Ausgleich der auf die Membran wirkenden Kräfte durch die aufgebaute Eigenspannung der Membran erfolgen. Die Rückstellung aus einem stabilen Zustand erfolgt dagegen durch eine weitere Krafteinwirkung, die der ersten Krafteinwirkung entgegengesetzt ist. Dies kann insbesondere durch eine Druckumkehr in der Kammer oder auch durch eine anderweitige Betätigung der Membran, beispielsweise durch eine innen oder außen ansetzende Feder, einen sonstigen Betätiger oder eine vergleichbare Rückstellkraft, erfolgen.When the elastic membrane is deformed, several geometrically determined states can be assumed. In principle, these states can be assumed both stable and metastable. From a stable basic state, the membrane can be deformed into a further stable or metastable state by the action of force. The recovery of the membrane from a metastable state can take place after the forces acting on the membrane have been balanced by the internal stress built up in the membrane. The restoration from a stable state, on the other hand, takes place through an additional force that is opposite to the first force. This can be done in particular by reversing the pressure in the chamber or by actuating the membrane in some other way, for example by an internal or external spring, another actuator or a comparable restoring force.
Die Verformung der Membran kann grundsätzlich durch jede von außen oder von innen auf die Membran wirkende Kraft erfolgen. Beispielsweise kann eine Verformung der Membran durch einen Betätiger, eine Feder oder den Zylinder eines Kolben-Zylinder-Aggregats erfolgen.In principle, the membrane can be deformed by any force acting on the membrane from outside or inside. For example, the membrane can be deformed by an actuator, a spring or the cylinder of a piston-cylinder unit.
Die Verformung der Membran kann vorzugsweise durch das Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen der innerhalb der Kammer liegenden Membranseite (Innenseite) und der Außenseite der Membran erfolgen. Zur Erzeugung einer solchen Druckdifferenz kann zumindest ein Druckanschluss an der Kammer vorhanden sein. An dem Druckanschluss kann eine Leitung angeschlossen sein, über die die Kammer mit einem Unterdruck und/oder mit einem Überdruck beaufschlagt werden kann. Vorzugsweise kann der Druckanschluss mit zumindest einer Hydraulikleitung oder mit zumindest einer Pneumatikleitung verbunden sein.The deformation of the membrane can preferably take place by generating a pressure difference between the membrane side (inside) lying inside the chamber and the outside of the membrane. To generate such a pressure difference, at least one pressure connection can be provided on the chamber. A line can be connected to the pressure connection via which the chamber can be subjected to negative pressure and / or positive pressure. The pressure connection can preferably be connected to at least one hydraulic line or to at least one pneumatic line.
Durch die Verwendung einer elastisch verformbaren Membran kann auf den Einsatz von längsverschieblich oder verschwenkbaren Teilen im Wesentlichen verzichtet werden. Dadurch sind keinerlei Lagerstellen oder tribologisch beanspruchten Gelenke erforderlich. Dies reduziert den Wartungsaufwand gegenüber den im Stand der Technik bekannten Lösungen. Die erfindungsgemäße Antriebs-Vorrichtung kommt ohne offenliegende Leitungen oder offenliegende Führungen aus. Auch sind im Betrieb keine Schmierstoffe erforderlich, die potentiell in den Produktionsbereich einer Anlage gelangen könnten. Das einfache Arbeitsprinzip ermöglicht somit eine gut zu reinigende und einfache konstruktive Ausgestaltung, die die Antriebs-Vorrichtung speziell für Anwendungen in Steril- und Reinräumen attraktiv macht. Da die Anzahl der Bauteile sehr gering gehalten werden kann, sinken zudem die Herstellungskosten sowie die Ausfallwahrscheinlichkeit. Durch die geringere Masse der erfindungsgemäßen Antriebs-Vorrichtung im Vergleich zu bekannten Lösungen bietet diese zudem die Möglichkeit, auch in dynamischen Anwendungen eingesetzt zu werden und die hervorgerufenen Belastungen zu reduzieren.By using an elastically deformable membrane, the use of longitudinally displaceable or pivotable parts can essentially be dispensed with. As a result, there are no bearing points or tribologically stressed Joints required. This reduces the maintenance effort compared to the solutions known in the prior art. The drive device according to the invention manages without exposed lines or exposed guides. Also, no lubricants are required during operation that could potentially get into the production area of a system. The simple working principle thus enables an easy-to-clean and simple structural design that makes the drive device particularly attractive for applications in sterile and clean rooms. Since the number of components can be kept very low, the manufacturing costs and the probability of failure also decrease. Due to the lower mass of the drive device according to the invention compared to known solutions, it also offers the possibility of being used in dynamic applications and of reducing the loads caused.
Die elastisch verformbare Membran kann selbst als Werkzeug dienen und beispielsweise zum Greifen von Werkstücken verwendet werden.The elastically deformable membrane can itself serve as a tool and can be used, for example, to grip workpieces.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest ein Werkzeug an der elastisch verformbaren Membran befestigt oder befestigbar sein.In an advantageous embodiment, at least one tool can be attached or attachable to the elastically deformable membrane.
Sofern mehrere Werkzeuge vorhanden sind, können diese an einer gemeinsamen Membran vorhanden sein. In diesem Fall können die Werkzeuge vorzugsweise außermittig der gemeinsamen Membran befestigt oder befestigbar sein. Bei der Verwendung einer gemeinsamen Membran werden alle an dieser Membran befestigten Werkzeuge gleichzeitig angetrieben, wenn auch nicht zwangsläufig alle in dieselbe Richtung. Alternativ dazu kann bei mehreren Werkzeugen jedes Werkzeug an einer eigenen Membran befestigt sein. Dadurch können die Werkzeuge getrennt voneinander bewegt werden. Auch eine Kombination von einerseits mehreren Werkzeugen an einer gemeinsamen Membran und zumindest einem anderen Werkzeug an einer eigenen, anderen Membran ist möglich.If several tools are available, they can be present on a common membrane. In this case, the tools can preferably be attached or attachable off-center of the common membrane. When using a common membrane, all tools attached to this membrane are driven simultaneously, although not necessarily all in the same direction. Alternatively, if there are several tools, each tool can be attached to its own membrane. This allows the tools to be moved separately from one another. A combination of several tools on a common membrane and at least one other tool on a separate, different membrane is also possible.
Grundsätzlich können die verwendeten Werkzeuge direkt an der Membran befestigt werden. Die Werkzeuge können in diesem Fall fest oder lösbar an der Membran angeordnet sein.In principle, the tools used can be attached directly to the membrane. In this case, the tools can be arranged fixedly or detachably on the membrane.
Vorzugsweise kann zumindest ein Verbindungselement fest an der zumindest einen Membran angeordnet sein. An diesem Verbindungselement kann das zumindest eine Werkzeug lösbar befestigt werden. At least one connecting element can preferably be fixedly arranged on the at least one membrane. The at least one tool can be releasably attached to this connecting element.
Das Verbindungselement kann in diesem Fall für eine Übertragung der Bewegung von der elastisch verformbaren Membran auf das Werkzeug dienen. Gleichzeitig kann ein einfacher Austausch des Werkzeugs erfolgen, sollte dies beispielsweise zu Wartungs- oder Reinigungszwecken erforderlich sein. Auch ein Umbau der Vorrichtung zur Anpassung an unterschiedliche zu bearbeitenden Werkstücke kann auf diese Weise einfach und rasch realisiert werden.In this case, the connecting element can serve to transfer the movement from the elastically deformable membrane to the tool. At the same time, the tool can be easily exchanged, should this be necessary, for example, for maintenance or cleaning purposes. A conversion of the device to adapt it to different workpieces to be machined can also be implemented quickly and easily in this way.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere für pneumatische oder hydraulische Greif- und/oder Spannsysteme genutzt werden. Bei einem Greifersystem kann ein erster Greiferfinger als erstes Werkzeug und ein zweiter Greiferfinger als zweites Werkzeug vorhanden sein. Die beiden Greiferfinger können dabei auf einer gemeinsamen Membran, oder jeweils auf einer eigenen Membran angeordnet sein. Mittels den beiden Greiferfingern kann ein Werkstück kraft- oder formschlüssig gegriffen und gehalten werden. Darüber hinaus könnten auch weitere Greiferfinger als weitere Werkzeuge vorhanden sein. Beispielsweise könnte auch ein einzelner Greiferfinger vorhanden sein, durch den das Werkstück innen gegriffen werden kann.The device according to the invention can be used in particular for pneumatic or hydraulic gripping and / or clamping systems. In a gripper system, there can be a first gripper finger as the first tool and a second gripper finger as the second tool. The two gripper fingers can be arranged on a common membrane, or each on their own membrane. By means of the two gripper fingers, a workpiece can be gripped and held non-positively or positively. In addition, further gripper fingers could also be present as further tools. For example, a single gripper finger could also be present, by means of which the workpiece can be gripped internally.
Alternativ oder zusätzlich zu der Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen dem Innenraum der Kammer und dem Umgebungsraum kann ein weiteres Antriebselement vorhanden sein, durch das die Verformung der elastisch verformbaren Membran erfolgen kann. Dieses weitere Antriebselement kann insbesondere im Innenraum der Kammer vorhanden sein. Bei dem weiteren Antriebselement kann es sich beispielsweise um einen Servoantrieb, um einen Pneumatikzylinder, um eine Feder oder um einen elektromagnetischen Antrieb handeln. Das weitere Antriebselement könnte auch von außen auf die Membran einwirken, beispielsweise durch einen Stößel oder den Kolben eines Kolben-Zylinder-Aggregats.As an alternative or in addition to the generation of a pressure difference between the interior of the chamber and the surrounding area, a further drive element can be provided, by means of which the elastically deformable membrane can be deformed. This further drive element can in particular be present in the interior of the chamber. The further drive element can be, for example, a servo drive, a pneumatic cylinder, a spring or an electromagnetic drive. The further drive element could also act on the membrane from the outside, for example by means of a plunger or the piston of a piston-cylinder unit.
Eine Überwachung der Zustände der Membran kann mittels eines Sensors erfolgen, der vorzugsweise im Innenraum der Kammer angeordnet sein kann. Durch den Sensor kann insbesondere festgestellt werden, ob sich die Membran in ihrem Grundzustand oder in dem aus dem Grundzustand ausgelenkten Zustand befindet. Ein solcher Sensor kann beispielsweise einen Dehnmessstreifen aufweisen oder mittels Durchflusssensorik arbeiten. Die Anordnung des Sensors im Innenraum der Kammer bringt den Vorteil mit sich, dass die Antriebs-Vorrichtung nach wie vor einfach zu reinigen ist.The states of the membrane can be monitored by means of a sensor, which can preferably be arranged in the interior of the chamber. The sensor can in particular determine whether the membrane is in its basic state or in the state that has been deflected from the basic state. Such a sensor can, for example, have a strain gauge or work by means of flow sensors. The arrangement of the sensor in the interior of the chamber has the advantage that the drive device is still easy to clean.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den in den Ansprüchen ferner angegebenen Merkmalen sowie den nachstehenden Ausführungsbeispielen zu entnehmen.Further advantages and features of the invention can be found in the features further specified in the claims and in the exemplary embodiments below.
FigurenlisteFigure list
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
-
1 einen schematischen Schnitt durch eine als Greif-Vorrichtung ausgebildete erste Ausführungsform der Erfindung in ihrem Grundzustand, -
2 einen schematischen Schnitt durch die Greif-Vorrichtung gemäß1 im ausgelenkten Zustand, -
3 einen schematischen Schnitt durch eine als Greif-Vorrichtung ausgebildete zweite Ausführungsform der Erfindung in ihrem Grundzustand, -
4 einen schematischen Schnitt durch die Greif-Vorrichtung gemäß3 im ausgelenkten Zustand, -
5 einen schematischen Schnitt durch eine als Präge-Vorrichtung ausgebildete dritte Ausführungsform der Erfindung in ihrem Grundzustand und -
6 einen schematischen Schnitt durch die Präge-Vorrichtung gemäß5 im ausgelenkten Zustand.
-
1 a schematic section through a first embodiment of the invention designed as a gripping device in its basic state, -
2 a schematic section through the gripping device according to1 in the deflected state, -
3 a schematic section through a second embodiment of the invention designed as a gripping device in its basic state, -
4th a schematic section through the gripping device according to3 in the deflected state, -
5 a schematic section through a formed as a stamping device third embodiment of the invention in its basic state and -
6th a schematic section through the embossing device according to5 in the deflected state.
WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNGWAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION
Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Die Deckelfläche der Kammer
Durch das Anlegen eines Überdrucks im Innenraum
Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Durch das Anlegen eines Überdrucks im Innenraum
Eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Im Gegensatz zu den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen könnte der Druckanschluss
Claims (14)
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DE202020004034.7U DE202020004034U1 (en) | 2020-09-24 | 2020-09-24 | Drive device, in particular drive device for a tool |
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Cited By (1)
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DE102022102027A1 (en) | 2022-01-28 | 2023-08-03 | Gustav Magenwirth Gmbh & Co. Kg | HYDRAULIC SYSTEM WITH ACTUATOR |
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2020
- 2020-09-24 DE DE202020004034.7U patent/DE202020004034U1/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: GLEIM PETRI PATENT- UND RECHTSANWALTSPARTNERSC, DE |