DE2242204C3 - Druckmittelbeaufschlagter Servomotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen druckmittelbeaufschlagten Servomotor mit einer von einem Gehäuse umgebenen Arbeitskammer, die einen Querschnitt in Form eines Kreissektors aufweist, und mit einem flügelförmigen Kolben, der Hm den Kreismittelpunkt des Sektors schwenkbar ist, wahlweise auf einer seiner Flächen mit Druckmittel beaufschlagbar fet und über > ein Gestänge mit einem geradlinig verschiebbaren als Arbeitssteinpe! ausgebildeten Abtriebselement verbunden ist.

Servomotoren führen bei Werkzeugmaschinen zahlreiche unterschiedliche Funktionen aus. Beii» spielsweise werden Werkzeuge verschiedenster Art vor- und zurückgestellt, Haltevorrichtungen aus- und eingefahren, Werkstücke vor- und zurückgeschoben, ausgeworfen, positioniert, festgespannt usw. Häufig ist es erforderlich, daß diese pneumatischen Einheiten π an nahe beieinanderliegenden Stellen einer Werkzeugmaschine oder eines Werkstückes ihre Arbeitsfunktionen durchführen. Da die bekannten Servomotoren häufig einen großen Platzbedarf haben, müssen in diesen Fällen außenliegende Gestänge oder Hebel vorgesehen werden, die von der Kolbenstange zu den nahe beieinanderliegenden Stellen führen, an den die Kraftbeaufschlagung erfolgen soll. Das Vorhandensein derartiger Außengestänge bildet nicht nur ein Sicherheitsrisiko, sondern macht zur Durchführung der 2> fraglichen Arbeitsfunktion auch einen erheblichen Bauaufwand erforderlich. Es ist ferner kostspielig. Ein gutes Beispiel hierfür sind Stanzmaschinen, wo es häufig erforderlich ist, daß an nahe beieinanderliegenden Punkten eine hin- und hergehende Kraftbe-Ji) aufschlagung (zum Stanzen) erfolgt.

Ein Servomotor der eingangs genannten Art ist aus der britischen Patentschrift 742 033 bekannt. Er weist eine im Querschnitt krcissektorförmige Arbeitskammer auf, in der ein flügeiförmiger Kolben schwenkbar α gelagert ist. Der flügeiförmige Kolben teilt die Arbeitskammer in zwei Arbei^sräume, die wahlweise mit Druckmittel beaufschlagt werden können. Dadurch schv enkt der Kolben in der einen oder anderen Richtung. Um diese Schwenkbewegung in eine geradlinige Bewegung umzusetzen, ist ein Gestänge vorhanden, das außerhalb des Gehäuses verläuft und die bereits erwähnten Nachteile mit sich bringt.

Ein ähnlicher, am Ausgang jedoch eine Drehbewegung erzeugender Servomotor ist in der deutschen Auslegeschrift 1155982 beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den eingangs genannten Servomotor so auszubilden, daß außer dem Arbeitsstempel keine von außen zugänglichen beweglichen Teile vorhanden sind und sich durch so Aneinanderfügen mehrerer Einheiten leicht eine Batterie unabhängig voneinander betätigter oder gemeinsam betätigter Servomotoren herstellen läßt, welche nur wenig Raum einnimmt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch fulgende Merkmale gelöst:

a) der Arbeitsstempel und das Gestänge sind im Gehäuse so angeordnet, daß nur das freie Ende des Arbeitsstempels aus dem Gehäuse herausragt;

ω b) der Kolben ist mit einem zylinderförmigen Abschnitt in eine zylindefföffnige, zur Arbeitskammer offene Ausnehmung des Gehäuses, deren Achse mit der Schwenkachse des Kolbens übereinstimmt, eingelegt;

c) das Gestänge ist am Kolben zwischen dessen zylinderf örmigem Abschnitt und dem auf der den Sektor der Arbeitskammer begrenzenden Zylinderfläche gleitenden Kolbenabschnitt angelenkt.

Vorteilhafte Ausführungsfarmen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die am Ausgang des Servomotors verfügbare Kraft hängt von der mit Druckmittel beaufschlagten Fläche des Kolbens ab. Diese kann durch Vergrößern des Kreissektorradius des Arbejtsylinders vergrößert werden, ohne daß die Breite des Servomotors zunimmt. Durch die Abmessungen und die Geometrie der Gelenkverbindung zwischen dem Arbeitsstempel und dem Kolben Wann jeweils eine günstige Kombination von Hub des Arbeitszylinders und am Ausgang des Servomotors zur Verfügung stehender Kraft eingestellt werden.

Der erfindungsgemäße Servomotor eignet sich insbesondere zum Einsatz an Lochstanzen, wo nebeneinanderliegende, kleinen Abstand aufweisende Löcher gestanzt werden müssen.

Er ist außerdem verhältnismäßig einfach und billig herzustellen, besteht aus wenigen Bauteilen, hat ein geringes Gewicht und verfügt über eine hohe Einbauflexibilität, da er sich unter Verwendung standardisierter Bauteile auf einfache Weise an verschiedenartige Anwendungsfälle anpassen läßt.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene und gebrochene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Servomotors, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 1 gestrichelt eingekreisten Abschnitts,

Fig. 4 eine Vorderansicht mehrerer der in Fig. 1 gezeigten Servomotoren, dje derart nebeneinander gereiht oder befestigt sind, daß sie unabhängig voneinander auf nahe nebeneinanderliegende Arbeitspunkte einwirken können,

Fig. 5 eine der Fig. 4 ähnliche Darstellung einer abgewandelten Anordnung mehrerer erfindungsgemäßer Servomotoren, die mit minimalen gegenseitigen Abständen arbeiten.

Der erfindungsgemäße Servomotor wird in Verbindung mit einei einfachen Stanzmaschine beschrieben; jedoch läßt er sich auch für eine Vielzahl unterschiedlicher Fälle verwenden, in denen aus einer Druckmittelquelle Arbeit gewonnen werden soll. Der Lochstanzer enthält im wesentlichen ein Gehäuse 10 von der in Fig. 1 gezeigten Form, das einander gegenüberliegende, zueinander parallel angeordnete Stirnflächen 112 und 14 aufweist. An den Stirnflächen 12 und 14 sind durch Schrauben 16 zwei ebene Stirnplatten 18 bzw, 20 befestigt. Die Platten 18 und 20 haben die gleiche Form wie der obere Abschnitt des Gehäuses 10 und enden an einer unteren Kante 22. Die Schrauben 16 sind vorzugsweise Flachkopf schrauben, die mit entsprechenden Gewindebohrungen im Gehäuse 10 verschraubt sind, wobei die Außenflächen der Platen 18 und 20 derart angesenkt sind, daß die Schraubenköpfe mit diesen Außenflächen fluchten.

Das Gehäuse 10 ist an seinem unteren Ende mit einer Werkstück-Einschuböffnung 24 versehen, die von einem Ansatz 26 begrenzt wird. Dieser weist eine vertikal verlaufende Durchgarigsbohrung 28 auf, in der eine herkömmliche Stanzmatrize 30 angeordnet ist, welche mittels einer Einstellschraube 32 drehfest gehaltert wird. Die Bohrung 28 ist an ihrem unteren Ende mit Gewindegängen versehen, in die eine herkömmliche Matrizsii-Einstellschraube 34 eingreift. Diese wird durch eine Sicherungsmutter 36 gehaltert. Die Matrize 30 und die Eir-steilschraube 34 sind hohl.

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so daß der Stanzabfall hindurchfallen kann.

Das Gehäuse 10 weist einen Durchgang auf, der gemeinsam mit den Platten 18 und 20 eine Arbeitskammer 38 bildet. Die Arbeitskammer 38 ist im wesentlichen von Kreissegmentform; sie ist an der Segmentspitze mit einer zylmderförmjgen Ausnehmung 40 und am anderen Ende mit einer Zylinderfläche 42 versehen, deren Krümmungsmittelpunkt mit dem Krümmungsmittelpunkt der Ausnehmung 40 zusammenfällt. Am oberen Ende der Arbeitskammer 38 ist eine Anschlagfläche 44 mit einer Ausnehmung 46 angeordnet, welche mit einem Druckmittelkanal 48 in Verbindung steht, der zur Außenseite des Gehäuses verläuft und dort mit einer Gewindebohrung 50 versehen ist. An der anderen Seite ist die Arbeitskammer 38 mit einer Ausnehmung 52, einer Anschlagfläche 54 und einer weiteren Ausnehmung 56 versehen. Die Ausnehmung 52 steht mit einem Druckmittelkanal 58 in Verbindung, der durch das Gehäuse 10 nach außen verläuft und dort mit einer Gewindebohrung 6ffl versehen ist. Die Ausnehmung 56 steh' mit einer Bohrung 62 in Verbindung, die von der Arbeitskammer 38 zur Einschuböffnung 24 verläuft und koaxial zur Bohrung 28 ausgerichtet ist. In die Gewindebohrungen 50 und 60 lassen sich herkömmliche Rohr anschlüsse einschrauben. In der Bohrung 62 ist gleitend ein Arbeitsstempel 64 angeordnet, in dessen am unteren Ende ausgebildeter Öffnung ein herkömmlicher Lochstempel 66 vorgesehen ist, der durch eine Einstellschraube 68 drehbar gehaltert wiyd. Auf dem Ende des Lochstempels 66 sitzt gleitend ein Abstreifer 70, der durch eine Druckfeder 72 nach unten gedrückt und durch ein Abstreifergehäuse 74 gehalten wird, welches in bekannter Weise mit dem unteren !Ende des Arbeitsstempels 64 verschraubt ist. Die Figuren zeigen ein Werkstück 75, in das ein Loch eingestanzt ist, wobei sich der Lochstempel am unteren Hubende befindet.

Das obere Ende des Arbeitsstempels 64 ist mit einander gegenüberliegenden, ebenen, parallelen Flächen 76 versehen und mittels eines Bolzens 82 schwenkbar mit zwei Hebeln 78 und 80 verbunden. Die Heben 78 und 80 sind an ihren oberen Enden mittels eines Bolzens 84 schwenkbar mit einem an einem Kolben 86 ausgeformten Ansatz 86' verbunden. Die Länge der Bolzen 82 und 84 liegt knapp unter der Breite des Gehäuses 10; die Bolzen 82 und 84 werden durch die Platten 18 und 20 geführt. Der Arbeitsstempel 64 ist mit einer O-Ring- oder ähnlichen, nachgiebigen Dichtung 88 versehen, die in einer Ringnut liegt und eine Abdichtung zwischen dem Arbeitsstempel und der Bohrung 62 herstellt.

Der Kolben 86 ist länglich ausgebildet und von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt, sowie an seinem in der Zeichnung oberen Ende mit einem zylinderförmigen Abschnitt 90 versehen, der im Drehsitz in die Ausnehmung 40 eingefügt ist. Die Breite des Kolbens 86 liegt knapp unter der Breite des Gehäuses 10 (minimales Arbeitsspiel); der Kolben 86 ist in der Arbeitskammer 38 zwischen einer ersten Stellung, in derer an der Anschlagfläche 54 (siehe Fig. 1) anliegt, und einer zweiten Stellung hin- und herschwenkbar, in welcher er an der Anschlagfläche 44 anliegt. Es ist ersichtlich, daß das Gestänge (76, 78, 80, 82, 84), das den Kolben 86 mit dem Arbeitsstempel 64 verbindet, derart ausgebildet iit, daß sich der Arbeitsstempel 64 in der ersten Stellung des Kolbens 86 an seinem unteren Hubende befindet und zum oberen HnhenH«!

hin verstellt wird, wenn der Kolben 86 in seine zweite Stellung bewegt wird, und umgekehrt. Die Hebel 78 und 80 bilden gemeinsam mit dem Kolben 86 ein Kniehebelgestänge, so daß auf den Arbeitsstempel 64 eine zunehmende Kraft durch den Kolben 86 ausgeübt wird, wenn sich dieser in seine erste Stellung bewegt. Der Arbeitsstempel 64 leistet während dieses Teils seiner Hubbewegung Arbeit, stanzt in diesem Fall also das Loch. Das Gestänge verhindert ferner eine Drehung des Arbeitsstempels 64, was von Bedeutung ist, wenn nicht-kreisförmige Löcher gestanzt werden.

Das freie Ende des Kolbens 86 befindet sich unmittelbar neben der Zylinderfläche 42, so daß der Kolben die Arbeitskammer 38 in zwei Teilkammern unterteilt, von denen die eine mit dem Kanal 58 und die andere mit dem Kanal 48 in Verbindung steht. Diese Kanäle sind mittels herkömmlicher Anschlüsse, die in die Gewindebohrungen 60 bzw. 50 eingeschraubt sind, mit einer herkömmlichen, nicht gezeigten Druckmittclquelle verbunden.

Um eine zuverlässige und wirksame Druckmittelahdichtung zwischen dem Kolben 86 und den die Kammer bildenden Flächen zu erreichen, wie dies für einen guten Wirkungsgrad von Bedeutung ist, ist eine nachgiebige Dichtungsanordnung (92, 94, 96) vorgesehen.

Die Schwenkverbindung zwischen dem Kolben 86 und dem Gehäuse 10 kann mittels einer Schmiernut 98 geschmiert werden, die mit einer Gewindeöffnung 100 in Verbindung steht, in die ein herkömmlicher, nicht gezeigter Schmiernippel eingeschraubt werden kann. Ebenso steht die Bohrung 62 mit einer Gewindeöffnung 102 in Verbindung, in die ein herkömmlicher Schmiernippel zur Schmierung des Arbeitsstempels 64 eingeschraubt werden kann.

Wie oben erwähnt, liegt einer der Hauptvorteile des erfindungsgemäß ausgebildeten Servomotors in der Größe der Kraft, die mit üblichen Arbeitsdrücken in einer äußerst flach gebauten Vorrichtung erzielbar ist, so daß mehrere derartige Vorrichtungen in einer j Werkzeugmaschine äußerst nahe beieinander eingebaut werden können, ohne daß außenliegende Gestänge erforderlich sind, die die Arbeitskraft von einer entfernt liegenden Stelle her übertragen, wie dies bei herkömmlichen Kolben-Zylindereinheiten der Fall j ist. Beispielsweise wurde mit einem pneumatischen Servomotor, der im wesentlichen den in den Zeichnungen gezeigten Aufbau hatte und insgesamt 38 mm breit war (mit einem Gehäuseteil von 25 mm und zwei Platten von 6,5 mm), bei einer Luftdruckbeaufschlagung von 5,6 bar eine Kraft von 900 kp erzeugt. Diese Kraft ist beträchtlich größer, als sie mit herkömmlichen Kolben-Zylindereinheiten erzielbar ist, die mit dem gleichen Betriebsdruck arbeiten und 38 mm breit sind, selbst wenn sie ein ähnliches (notwendigerweise freiliegendes) Kniehebelgestänge aufweisen. Größere Kräfte lassen sich dadurch erzielen, daß die Vorrichtung mit einem längeren und/oder breiteren Kolben versehen und/oder der Schwenkpunkt am Bolzen 84 naher an die Drehachse des Kolbens 86 gelegt wird. Wegen der geringen Breite und der seitlich ebenen Ausbildung des erfindungsgemäßen Servomotors kann eine gewünschte Anzahl von Einheiten seitlich nebeneinander montiert werden, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. In dem oben beschriebenen Anwendungsfall können bei einer solchen Anordnung Löcher mit einem Mittelpunktsabstand von 38 mm eingestanzt werden, wobei jeder Lochstanzer unabhängig von den übrigen betätigbar ist. Zusätzlich dazu ist es durch die Verwendung standardisierter Bauteile von vorgegebenen Abmessungen möglich, Servomotoren mit einem höheren Leistungsvermögen und/oder kleinstmöglichen Stanz-Mittelpunkten herzustellen, indem lediglich zwei oder mehr Kolben seitlich nebeneinander in zwei oder mehr seitlich miteinander verbundenen Gehäuseteilen befestigt werden, wodurch die inneren Platten in Fortfall geraten und lediglich zwei Stirnplatten an den Außenseiten der Anordnung benötigt werden. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 5 gezeigt. Zu diesem Zweck kann jedes Gehäuse 10 mit zwei Durchgangslöchern 104 versehen sein, in die Paß-Stifte einführbar sind, um die Gehäuse fluchtend auszurichten und miteinander zu verbinden. Ebenso kann jeder Kolben 86 mit zwei Löchern 106 versehen sein, um eine ähnliche Verbindung der Kolben 86 zu ermöglichen. Je nach Anwendungsfall können ein oder mehrere Arbeitsstempel verwendet werden. In dem oben beschriebenen Anwendungsfall führt dies zu einer Anordnung, mit der sich Löcher mit einem Mittelpunktsabstand von 25 mm einstanzen lassen, wobei sämtliche Lochstempel gleichzeitig betätigt werden müssen. Von wesentlicher Bedeutung ist somit die Anpassungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung an unterschiedliche Anwendungsfälle mit Hilfe einer sehr geringen Anzahl standardisierter Bauteile.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   l_T Druckmittelbeaufschlagter Servomotor mit einer von einem Gehäuse umgebenen Arbeitskammer, die einen Querschnitt in Form eines Kreissektors aufweist, und mit einem flügelförmigen Kolben, der um den Kreismittelpunkt des Sektors schwenkbar ist, wahlweise auf einer seiner Flächen mit Druckmittet beaufschlagbar ist und über ein Gestänge mit einem geradlinig verschiebbaren, als Arbeitsstempel ausgebildeten Abtriebselement verbunden ist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

   a) der Arbeitsstempel (64) und das Gestänge (76-84) sind im Gehäuse (10) so angeordnet, daß nur das freie Ende des Arbeitsstempels (64) aus dem Gehäuse (10) herausragt;

   b) der Kolben (86) ist mit einem zylinderförmigen Abschnitt (90) in eine zylinderförmige, zur Arbeitskammer (38) offene Ausnehmung (4G) des Gehäuses (10), deren Achse mit der Schwenkachse des Kolbens (86) übereinstimmt, eingelegt;

   c) das Gestänge (76-84) ist am Kolben (86) zwischen dessen zylinderf orangem Abschnitt (90) und dem auf der den Sektor der Arbeitskammer (38) begrenzenden Zylinderfläche (42) gleitenden Kolbenabschnitt angelenkt.
2. 2. Servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen des zylinderförmigen Abschnitts (90) und der zylinderförmigen Ausnehmung (40) über einen Kreisbogen von mindestens 180° verlaufen.
3. 3. Servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsstcmpel (64) längs einer Achse verschiebbar ist, welche im wesentlichen senkrecht auf der Schwenkachse des Kolbens (86) steht.
4. 4. Servomotor nach einem der Ansprüche 1 bis

   3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge aus einem Hebel (78, 80) besteht.
5. 5. Servomotor nach einem der Ansprüche 1 bis

   4, dadurch gekennzeichnet,daß der Punkt (84), an dem das Gestänge (76-84) an dem Kolben (86) angelenkt ist, in einer Endlage des Kolbens (86) in etwa auf der Bewegüngsachse des Arbeitsstempels (64) liegt, so daß das Gestänge (76-84) ein Kniehebelgestänge bildet.
6. 6. Servomotor nach einem der Ansprüche 1 bis

   5, gekennzeichnet durch einen dem freien Ende des Arbeitsstempels (64) gegenüberliegenden Ansatz (26) des Gehäuses (10).
7. 7. Servomotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (26) mit einer Bohrung (28) versehen ist, deren Achse mit der Bewegüngsachse des Arbeitsstempels (64) zusammenfällt.
8. 8. Servomotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Anschlagflächen (44, 54), an welchen der Kolben (86) in seinen Endlagen anliegt.