DE2321820A1

DE2321820A1 - Mehrstufiger zylinder

Info

Publication number: DE2321820A1
Application number: DE2321820A
Authority: DE
Inventors: Yoshimasa Ito; Toshiaki Onoda
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1973-01-31
Filing date: 1973-04-30
Publication date: 1974-08-08
Also published as: JPS49100489A; JPS5321073B2; SE398914B; US3904416A

Description

6 Fiankiuri a. M. 1

7436

TOKICO LTD, Kanagawa-Ken, Japan

Mehrstufiger Zylinder

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen mehrstufigen Zylinder, insbesondere auf einen mehrstufigen Zylinder,, in dem eine Anzahl von Zylinderrohren durch ein Medium, wie beispielsweise Öl oder Luft, individuell bzw. unabhängig voneinander betätigt werden können.

Bei den bisher bekannten mehrstufigen Zylindern stehen die Innenräume der Zylinder aller Stufen in jedem Fall in Kommunikation miteinander, und die Zylinder der Stufen können sich nacheinander verlängern und zusammenziehen oder zurückziehen. Die Zylinder können demzufolge nicht unabhängig voneinander betätigt werden, und die Geschwindigkeit, mit der sich die gesamte Zylinderanordnung verlängert und zusammenzieht, ist gering. Darüber hinaus ist es nicht möglich, ohne weiteres jeden gewünschten Wert der Verlängerung oder Zusammenziehung zu erhalten.

In jüngster Zeit hat man Vorricntungen entwickelt, die selbsttätig gewisse Arbeitsgänge ausführen, z.B. bestimmte Gegen-

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stände von einer speziellen Zuführposition zu einer Anzahl von Fächern transportieren, deren Höhen fortschreitend variieren, wobei jedes Fach mit einer bestimmten Zahl von Gegenständen beladen wird. In einem Fall, in dem in einer automatischen Vorrichtung dieser Art mehrstufige Zylinder verwendet werden, welche Armelemente bilden, die die Gegenstände erfassen und dieselben in den Fächern ablegen, unterscheidet sich jedes mal die Abladeposition und Höhe, wenn ein Gegenstand auf einem Fach abgelegt wird. Aus diesem Grund ist es für jeden Zylinder als ganzes notwendig, bei jedem Arbeitsvorgang einen speziellen unterschiedlichen Ausdehnungs- oder Zusammenziehungsmodus einzunehmen.

Ein herkömmlicher mehrstufiger Zylinder kann jedoch einen solchen komplizierten Verlängerungs- und Zusammenziehungsvorgang in unterschiedlichem Modus für jeden Arbeitsgang nicht ausführen, und es war bisher nicht möglich, einen herkömmlichen mehrstufigen Zylinder in einer automatischen Vorrichtung der oben beschriebenen Art zu verwenden.

Zwar gibt es im allgemeinen unter den Zylindern Servozylinder, die jede Position bei der Verlängerung oder Zusammenziehung einnehmen können, sowie sogenannte Ein-Aus-Zylinder, die nur zwei Positionen einnehmen können, d.h. eine ausgefahrene und eine zurückgezogene Position. Während zwar ein Servozylinder jede Länge bei der Ausdehnung oder Zusammenziehung einnehmen kann, erfordert er doch zu seiner Betätigung ein Servosystem, und er kommt daher teuer. Ein anderer Nachteil eines Servozylinders besteht darin, daß der Zusammenbau der vielen Stufen schwierig ist. Während andererseits der EIn-Aus»Zylinder

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verhältnismäßig preiswert ist und einen relativ einfachen Aufbau aufweist, zeigt er doch den Nachteil, daß er nicht jede gewünschte Ausdehnungs- oder Zusammenziehungsstellung einnehmen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die allgemeine Aufgabe zugrunde, einen neuen und nützlichen mehrstufigen Zylinder zu schaffen, bei dem die Schwierigkeiten der herkömmlichen mehrstufigen Zylinder vermieden sind.

Im einzelnen soll ein mehrstufiger Zylinder geschaffen werden, in dem die Zylinder eine Anzahl von Stufen individuell und unabhängig voneinander in gleichen oder entgegengesetzten Richtungen arbeiten können.

Es ist ferner beabsichtigt, einen mehrstufigen Zylinder vorzusehen, der aufgrund der Verwendung eines einzigen Servozylinders und eines oder mehrerer Ein-Aus-Zylinder jede Verlängerungs- und Zurückziehposition einnehmen kann.

Außerdem soll ein mehrstufiger Zylinder geschaffen werden, der sehr leistungsfähig ist, wenn man ihn in Vorrichtungen einbaut, insbesondere in Industrie-Robotern und dergl.

Obige Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein erstes Zuleitungs-Abflußrohr vorgesehen ist, das einen Verbindungskanal von außerhalb des mehrstufigen Zylinders zu einem ersten Raum bildet, der innerhalb des ersten Zylinderrohres durch den .Abschlußdeckel und den ersten Kolben begrenzt ist, wobei der Kanal ein Medium in den ersten Raum einführt, und aus diesem heraus leitet, daß ein zweites Zuleitungs-Abflußrohr einen Verbindungskanal von außerhalb des mehrstufigen Zylinders zu einem zweiten Raum bildet, der innerhalb des ersten Zylinderrohres durch den ersten Kolben und den ersten Kolbenstangen-Deckel

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begrenzt ist, wobei dieser Kanal ein Medium in den zweiten Raum einführt und aus diesem herausführt und die Zufuhr und Abfuhr des Mediums durch das erste und zweite ZuIeitungs-Abflußrohr in gegenseitiger Koppelung ausgeführt wird, daß ein drittes Zuleitungs-Abflußrohr einen Verbindungskanal von außerhalb des mehrstufigen Zylinders zu einem dritten Raum bildet, der innerhalb des zweiten Zylinderrohres durch den ersten Kolben und den zweiten Kolben begrenzt ist, wobei dieser Kanal das Medium in den dritten Raum einführt und herausleitet und daß ein viertes ZuIeitungs-Abflußrohr einen Verbindungskanal von außerhalb des mehrstufigen Zylinders zu einem vierten Raum bildet, der innerhalb des zweiten Zylinderrohres durch den zweiten Kolben und den zweiten Kolbenstangen-Deckel begrenzt ist, wobei dieser Kanal ein Medium in den vierten Raum einführt und aus diesem herausleitet und wobei ferner die Zuführung und Abführung des Mediums durch die dritten und vierten Zuleitungs-Abfluß-Rohre in gegenseitiger Koppelung und in einer individuellen Art und Weise in Bezug auf die ersten und zweiten ZuIeitungs-Abfluß-Rohre ausgeführt wird.

Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Kombination einer Seitenansicht bzw. Längsschnittes eines Ausführungsbeispiels eines mehrstufigen Zylinders gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Schaltbild, das ein Ausführungsbeispiel eines Steuerungssystems hierfür zeigt;

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Fig. 2A und 2B einer Seitenansicht bzw. Längsschnitt und einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 2A eines zweiten Ausführungsbeispiels des mehrstufigen Zylinders gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine Seitenansicht bzw. Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines mehrstufigen Zylinders gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Seitenansicht, von der Teile weggeschnitten sind, und gewisse Teile im Längsschnitt dargestellt sind, und zwar eines Ausführungsbeispiels einer automatischen Transport- und Lademaschine, in der der mehrstufige Zylinder gemäß der Erfindung eingebaut ist;

Fig. 5 ein vereinfachtes Schaltbild, das den wesentlichen Aufbau eines spezielleren und praktischen Ausführungsbeispiels des in Fig. 1 gezeigten Steuerungssystems in dem Fall darstellt, das Luft als Arbeitsmedium des Systems verwendet wird und

Fig. 6 ein vereinfachtes Schaltbild, das den wesentlichen Aufbau eines noch spezielleren Auführungsbeispiels des in Fig. 1 gezeigten Steuerungssystems darstellt, und zwar für den Fall, daß Öl als Arbeitsmedium des Systems Verwendung findet.

Anschließend wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines mehrstufigen Zylinders gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

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Am inneren und äußeren Ende eines ersten Zylinderrohres 11 eines mehrstufigen Zylinders 10 gemäß der Erfindung sind ein Deckel 12 und ein erster Kolbenstangen-Deckel 13 befestigt. Gasablichtend ^ Dichtungen sind in ^ee.i^neter Weise zwischen diesen Deckeln und dem Zylinderrohr vorgesehen. Der Abschlußdeckel 12 ist mit einem Zuleitungs- und Abflußrohr 14 versehen, durch das das unter Druck stehende Medium ein- und ausströmt, während der Kolbenstangen-Deckel 13 in ähnlicher Weise mit einem Zuleitungs- Abfluß- Rohr 15 ausgerüstet ist. Als Beispiele für das oben erwähnte, unter Druck stehende Medium, das für die Verwendung im Zusammenhang mit der Erfindung geeignet ist, werden Druckluft, unter Druck stehende Öle und andere Gase und Flüssigkeiten genannt. Im vorliegenden, in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, wird Druckluft verwendet.

• Innerhalb des ersten Zylinderrohres 11 ist verschiebbar ein. erster Kolben 16 eingesetzt, an dem das innere Ende einer ersten Kolbenstange 17 befestigt ist, die die Form eines Hohlzylinders hat. Die Kolbenstange 17 sitzt verschiebbar in einer Durchgangsbohrung 18, die koaxial im Kolbenstangen-Deckel 13 ausgebildet ist. Eine gasabdichtende Dichtung ist zwischen dieser Kolbenstange und der Wandung der Bohrung eingeschaltet. Das oben erwähnte Zylinderrohr 11, der Abschlußdeckel 12, der Kolbenstangen-Deckel 13, der Kolben 16, die Kolbenstange 17 sowie die Zuleitungs- und Abflußrohre 14 und 15 bilden einen Zylinder 19 einer ersten Stufe.

Innerhalb der ersten Kolbenstange 17 ist koaxial ein zweites Zylinderrohr 20 angeordnet, das mit seinem, inneren Ende am ersten Kolben 16 befestigt ist. Die anderen Enden der ersten Kolbenstange und des zweiten Zylinderrohres ZQ sind an einem zweiten Kolbenstangen-Deckel 21 befestigt, wobei zwischen diesen Teilen gasabdichtende Dichtungen angeordnet sind. Der Außendurchmesser des zweiten Zylinderrohres 20 ist kleiner als der Innendurchmesser der ersten Kolbenstange 17* und es ist ein

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^m t mm

zylindrischer Raum 22 zwischen der ersten Kolbenstange- 17 und dem zweiten Zylinderrohr 22 ausgebildet. Nahe dem äußeren Ende (gemäß Fig. 1 das rechte Ende) der ersten Kolbenstange 17 ist ein ZuIeitungs-Abfluß-Rohr 23 vorgesehen, um das unter Druck stehende Medium in den Raum 22 einzuleiten bzw. herauszuführen. In der Nähe des inneren Endes des zweiten Zylinderrohres 20, das an dem ersten Kolben 16 befestigt ist, sind in der zylindrischen Wand des Zylinderrohres 20 zahlreiche Löcher 24 ausgearbeitet. Diese Löcher 24 stehen ebenfalls mit dem Raum 22 in Verbindung.

Innerhalb des zweiten Zylinderrohres 20 sitzt verschiebbar ein zweiter Kolben 25. Eine zweite Kolbenstange 26 ist mit ihrem inneren Ende an diesem zweiten Kolben 25 befestigt, und sie sitzt verschiebbar in einer Durchgangsbohrung -27, die in der Mitte des.zweiten Kolbenstangen-Deckels 21 ausgebildet ist. Eine geeignete gasabdichtende Dichtung ist zwischen diesen . Teilen eingeschaltet. Das andere äußere Ende dieser zweiten Kolbenstange 26 ist mit einem Teil gekuppelt, das durch den mehrstufigen Zylinder zu betätigen ist. Der zweite Kolbenstangen-Deckel 21 ist mit einem Zuleitungs-Abfluß-Rohr 28 für das Druckmedium versehen. Der zweite Kolben 25 weist Schenkelteile 25a auf, die nach innen oder gegen den ersten Kolben 16 ragen. Wenn sich der Kolben 25 in seiner innersten Position relativ zu dem Kolben 16 befindet, so liegen die inneren Enden dieser Schenkelteile 25a an der Außenseite des Kolbens 16 an. Eine Kammer 30, die über die Löcher 24 mit dem Raum 22 in Kommunikation steht, ist zwischen dem ersten und zweiten Kolben 16 und 25 ausgebildet.

Das oben beschriebene zweite Zylinderrohr 20, der zweite Kolben 25, die zweite Kolbenstange 26, die äußere (rechte) Wandfläche des ersten Kolbens 16, der zweite Kolbenstangen-Deckel 21 und

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die Zuleitungs-Abfluß-Rohre 23 und 28 bilden einen Zylinder der zweiten Stufe.

Das oben erwähnte Zuleitungs-Abflußrohr 14 kommuniziert mit einem Raum, der durch den Abschlußdeckel 12, das erste Zylinderrohr 11 und den ersten Kolben 16 begrenzt und eingeschlossen ist. Das Zuleitungs-Abflußrohr 15 kommuniziert mit einem Raum, der durch den ersten Kolben 16, das erste Zylinderrohr 11, die erste Kolbenstange 17 und den ersten Kolbenstangen-Deckel 13 begrenzt und eingeschlossen ist. Das Zuleitungs-Abflußrohr 23 steht in Verbindung mit einem Rohr, der durch die ersten und zweiten Kolben 16 und 25 und das zweite Zylinderrohr 20 begrenzt und eingeschlossen ist. Das Zuleitungs-Abfluß-Rohr 28 kommuniziert ferner mit einem Raum, der durch den zweiten Kolben 25, das zweite Zylinderrohr 20 und den zweiten Kolbenstangen-Deckel 21 begrenzt und eingeschlossen ist.

Der mehrstufige (zweistufige) Zylinder der oben beschriebenen Ausführung gemäß der Erfindung arbeitet wie folgt: Wenn das unter Druck stehende Arbeitsmedium (Luft) durch das Zuleitungs-Abfluß-Rohr 14 in die Kammer zwischen dem Deckel und dem ersten Kolben 16 eingeführt wird, werden der Kolben und die erste Kolbenstange 17 nach außen oder gemäß Fig. 1 nach rechts gedrückt. Wenn Druckluft durch das Zuleitungs-Abflußrohr 23 eingeführt wird, streift sie durch den Raum 22 und die Löcher 24 in die Kammer 30, wodurch der zweite Kolben

25 und die zweite Kolbenstange 26 nach außen gedrückt werden. Wenn andererseits Druckluft durch das Zuleitungs-Abflußrohr 28 zugeführt wird, werden der zweite Kolben 25 und die Stange

26 nach innen gedruckt. Die Zuleitung oder der Abfluß der Druckluft durch das Zuleitungs-Abflußrohr 14 oder 15 und der Zufluß oder Abfluß durch das Zuleitungs-Abflußrohr 23 oder 28 können getrennt und unabhängig voneinander ausgeführt werden.

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Demzufolge können die ersten und zweiten Kolben 16 und 25 so betätigt werden, daß sie unabhängig voneinander sich in der gleichen Richtung oder in entgegengesetzten Richtungen verschieben.

Der Zufluß, und Abfluß der Druckluft durch diese Zuleitung-Abflußrohre 14, 15, 23 und 28 wird durch ein Steuersystem ge-regelt, das den folgenden Aufbau hat und wie folgt arbeitet: In diesem Steuersystem wird ein Programm für einen vorbeschriebenen Arbeitsgang des mehrstufigen Zylinders vorher gespeichert, und gemäß diesem Programm wird durch einen Impulsgenerator ein Signal erzeugt und einer Steuereinrichtung 32 und einem Umschaltventil 33 zugeführt. Die Steuereinrichtung 32 und das Umschaltventil 33 werden von einer Druckluftquelle 34 mit Druckluft versorgt.

Das Umschaltventil 33 arbeitet in Abhängigkeit von dem Signal aus dem Impulsgenerator 31» um die Zielrichtung der Druckluft aus der Druckluftquelle 34 umzuschalten bzw. umzusteuern, wodurch die Druckluft entweder dem oben erwähnten Zuleitungs-Abflußrohr 23 oder 28 zugeführt wird. Wenn die Druckluft in das Rohr 23 geleitet wird, wird der zweite Kolben 25 mit Druck beaufschlagt, so daß er nach außen gegen das äußere Ende seiner Hubstrecke gleitet, wohingegen, wenn Druckluft in das Rohr 28 geleitet wird, der Kolben 25 derart beaufschlagt wird, daß er nach innen gegen das innere Ende seiner Hubstrecke gleitet. Der Kolben 25 wechselt seine Position nur zwischen diesen zwei Stellungen, nämlich derjenigen am äußeren Ende und am inneren Ende seines Hubs, und der Zylinder 29 der zweiten Stufe arbeitet folglich als ein Ein-Aus-Zylinder.

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Wenn andererseits der erste Kolben 16 des Zylinders 19 der ersten Stufe eine .Gleitbewegung ausführt, wird seine Stellung zu jedem Zeitpunkt durch einen Stellungsfühler 35 abgefühlt bzw. ermittelt, wobei die sich verändernde Stellung des zweiten Kolbenstangen-Deckels 21 berücksichtigt wird, woraufhin der Stellungsfühler 35 ein Ausgangssignal erzeugt, das der Steuereinrichtung 32 zugeleitet wird. Die Steuereinrichtung 32 tritt daraufhin in Abhängigkeit von diesem Ausgangssignal sowie in Verbindung mit einem Signal in Funktion, das vom Impulsgenerator 31 kommt, um die Zuleitung der Druckluft von der Druckluftquelle zu den Zuleitungs-Abflußrohren 14 und 15 zu steuern. In Abhängigkeit vom jeweiligen Stand der Luftzufuhr zu den Zuleitungs-Abfluß-Rohren 14 und 15 kann daher der erste Kolben 16 in jede, gewünschte Position bewegt werden, und der Zylinder 19 der ersten Stufe arbeitet folglich als Servozylinder.

Da nun dieser Zylinder 19 der ersten Stufe ein Servozylinder ist kann die zweite Kolbenstange 26 des zweiten Zylinders 10 stets irgendeine veränderliche Stellung innerhalb ihres Gesamthubs einnehmen. Dieser Gesamthub reicht von der äußersten zurückgezogenen oder zusammengezogenen Lage, in der sich die ersten und zweiten Kolben 16 und 25 in ihren innersten Positionen befinden, bis zu dem am weitesten ausgefahrenen Zustand, in dem die Kolben 16 und 25 sich in ihren äußersten Positionen befinden, obwohl der Zylinder 29 der zweiten Stufe ein Ein-Aus-Zylinder ist. Der Grad der Genauigkeit dieser veränderlichen Position bei diesem Arbeitsvorgang wird bestimmt durch die Genauigkeit des Servozylinders 19 der ersten Stufe und ist sehr hoch.

Wenn der Kolben 25 des Ein-Aus-Zylinders 29 der zweiten Stufe seine Lage gegen das innere Ende seines Hubs verändert, und die Schenkel 25a des Kolbens 25 an der äußeren Wandfläche des ersten Kolbens 16 anschlagen, wird der Kolben 16 durch eine Stoßkraft des Zylinders 25 beaufschlagt, aber die Luft in der

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Luftkammer, die zwischen dem ersten Kolben 16 und dem Abschlußdeckel 12 ausgebildet ist, wirkt als eine Luftfeder oder Luftkissen, welche die oben erwähnte Schlagkraft einwandfrei absorbiert. Es besteht demzufolge nicht die geringste Notwendigkeit, für diesen Zylinder 29 der zweiten Stufe einen Dämpfungsmechanismus vorzusehen.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht der Zylinder aus zwei Stufen, es ist jedoch erkennbar, daß man eine dritte Stufe und nachgeschaltete Ein-Aus-Zylinder dem Zylinder 29 der zweiten Stufe hinzufügen kann, um einen mehrstufigen Zylinder mit drei oder noch mehr Stufen zu schaffen. In einem solchen Fall kann ebenfalls jede gewünschte Position dadurch erreicht werden, daß man nur einen einzigen Servozylinder und einen Ein-Aus-Zylinder für die anderen Zylinder verwendet. Es sollte allerdings darauf geachtet werden, daß der Hub der Stange des Servozylinders mindestens gleich oder größer ist als der Hub der Stange des Ein-Aus-Zylinders.

Da die Zylinder 19 und 29 der ersten Stufe uud zweiten Stufe getrennt arbeiten können, wie bereits oben erwähnt wurde, ist es nicht in jedem Fall notwendig, sie in engem Sinne koaxial anzuordnen und es ist auch eine exzentrische Konstruktion möglich." Folglich ist auch eine Zentrierung beim Zusammenbau oder der Herstellung eines jeden Zylinders nicht notwendig, wodurch die Herstellung der Zylinder erleichtert wird.

Wenngleich ferner Druckluft als Antriebsmedium in dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt und es können auch andere Medien, wie beispielsweise Öl, verwendet werden.

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Im folgenden wird nun ein zweites Ausführungsbeispiels des mehrstufigen Zylinders gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren 2k und 2B beschrieben. In diesen Figuren sind diejenigen Teile, die mit den in Fig. 1 gezeigten gleichartig oder äquivalent sind, mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet und ihre detaillierte Beschreibung wiederholt sich.

Der mehrstufige Zylinder, der allgemein durch die Bezugszahl 40 gekennzeichnet ist, weist einen Zylinder 41 einer ersten Stufe auf, der sich zusammensetzt aus einem Zylinderrohr 11, einem Abschlußdeckel 12, einem Kolben 16, einer Kolbenstange 43, einem Kolbenstangen-Deckel 44 und Zuleitungs-Abfluß-Rohre 14 und 15, die im Abschlußdeckel 12 bzw. im Kolbenstangen-Deckel vorgesehen sind.

Die Kolbenstange 43 des Zylinders 41 der ersten Stufe dient zweifach als Zylinderrohr eines Zylinders 42 einer zweiten Stufe. Das innere Ende eines Zuleitungs-Abfluß-Rohres 45 ist an der Kolbenstange und dem Zylinderrohr 43 nahe ihrem inneren Ende befestigt, das am Kolben 16 festgemacht ist. Der Innenraum dieses Rohres 45 steht über ein Loch in der Wand des Rohres 43 mit dem Innenraum des Rohres 43 in Kommunikation. Dieses Zuleitungs-Abflußrohr 45 verläuft mit Ausnahme seines inneren Endes parallel zur Achse des mehrstufigen Zylinders und erstreckt sich durch den Kolbenstangen-Deckel 44, in dem es durch eine Führung 46 für eine. Gleitbewegung relativ zu dem Deckel geführt bzw. gelagert ist. Der Zylinder 42 der zweiten Stufe weist das Zylinderrohr 43, einen zweiten Kolben 25, eine zweite Kolbenstange 26, die äußere (rechte) Wandfläche des Kolbens 16, einen zweiten Kolbenstangen-Deckel 47, das Zuleitungs-Abflußrohr 45 und ein Zuleitungs-Abfluß-Rohr 28 auf, das mit dem Kolbenstangen-Deckel 47 verbunden ist und sich durch diesen hindurch erstreckt.

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Das Zuleitungs-Abflußrohr 14 steht in Kommunikation mit einem Raum, der durch den Abschlußdeckel 12, das Zylinderrohr 11 und den Kolben 16 begrenzt ist, v/ährend das Zuleitungs-Abflußrohr 15 in Kommunikation mit einem Raum steht, der durch den Kolben 16, das Zylinderrohr 11 und die Kolbenstange 43 sowie durch den Kolbenstangen-Deckel 44 begrenzt ist. Das Zuleitungs-Abflußrohr 45 steht in Verbindung mit einem Raum, der durch die Kolben 16 und 25 und das Zylinderrohr 43 eingeschlossen ist, während das ZuIeitungs-Abflußrohr 28 mit einem Raum kommuniziert, der durch den Kolben 25, das Zylinderrohr 43 und den Kolbenstangen-Deckel 47 eingeschlossen ist.

Der Kolben 16 wird durch Druckluft betätigt bzw. in Gleitbewegung gebracht, die durch die Zuleitungs-Abfluß-Rohre 14 und 15 zugeleitet bzw. abgeleitet wird, während der Kolben in ähnlicher Weise durch Druckluft betätigt wird, die durch die Zuleitungs-Abflußrohre 45 und 28 zugeführt bzw. abgeführt wird. Die Möglichkeit, daß die Kolben 16 und 25 unabhängig voneinander betrieben werden können, ist ebenso gegeben,wie bei dem vorangehenden ersten Ausführungsbeispiel, und zu ihrer Steuerung kann das in Fig. 1 dargestellte Steuerungssystem angewendet werden.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bewirkt das Zuleitungs-Abflußrohr 45, das mit dem Zylinderrohr 43 kommuniziert und sich durch den Kolbenstangen-Deckel 44 erstreckt, daß eine Drehung der Kolbenstange und des Zylinderrohres 43 relativ zu den anderen Teilen ausgeschlossen ist.

Ein drittes Ausführungsbeispiel eines mehrstufigen Zylinders gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben.

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Dieser mehrstufige Zylinder 50 weist einen Zylinder 51 einer ersten Stufe auf, der ein Zylinderrohr 52, einen Abschlußdeckel 53, einen Kolben 54, eine Kolbenstange 55, einaiKolbenstangen-Deckel 56 und Zuleitungs-Abfluß-Rohre 57 und 58 enthält, die mit dem Zylinderrohr 52 nahe dem inneren und äußeren Ende des betreffenden Rohres verbunden sind. Ein Zuleitungs-Abflußrohr 59 ist durch die Mitte des Kolbens 54 hindurchgeführt und an diesem befestigt, und es erstreckt sich ferner durch ein mittiges Loch 60 im Abschlußdeckel 53 nach außen. In diesem mittigen Loch 60 ist das Rohr 59 verschiebbar," jedoch gasdicht eingesetzt.

Die Kolbenstange 55 dient zweifach als Zylinderrohr eines Zylinders 61 einer zweiten Stufe und ist an ihrem äußeren Ende mit einem Kolbenstangen-Deckel 62 versehen, der an der Stange gasdicht befestigt ist. Dieses Zylinderrohr 55 ist nahe seinem äußeren Ende mit einem Zuleitungs-Abfluß-Rohr 63 versehen. Der Zylinder 61 der zweiten Stufe v/eist das Zylinderrohr 55, den Kolben 54, der gleichzeitig als Abschlußdeckel dient, den Kolbenstangen-Deckel 62, einen verschiebbar in dem zylindrischen Rohr 55 sitzenden Kolben 25, eine Kolbenstange 26, die mit ihrem inneren Ende an dem Kolben 25 befestigt ist und sich durch die Mitte der bzw. des Kolbenstangen-Deckels 62 nach außen erstreckt sowie die Zuleitungs-Abflußrohre 59 und 63 auf.

Das oben erwähnte Zuleitungs-Abflußrohr 57 steht in Verbindung mit einem Raum, der durch den Abschlußdeckel 53, das Zylinderrohr 52 und die innere (linke) Wandfläche des Kolbens 54 begrenzt ist, während das ZuIeitungs-Abflußrohr 58 in Kommunikation mit einem Raum steht, der durch den Kolben 54, das Zylinderrohr 52, die Kolbenstange 55 und den Kolbenstangen-Deckel 56 eingeschlossen ist. Das Zuleitungs-Äbflußrohr 59 steht in Kommunikation mit einem Raum, der durch den Kolben 54,

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das Zylinderrolir 55 und den Kolben 25 begrenzt ist. Das Zuleitungs-Abflußrohr 63 ist mit einem Raum verbunden, der durch das Zylinderrohr 55, den Kolben 25 und den Kolbenstangen-Deckel 62 begrenzt ist.

Der Kolben 54 des Zylinders 51 der ersten Stufe wird durch Druckluft betätigt bzw. in eine Gleitbewegung gebracht, die durch die Zuleitungs-Abflußrohre 57 und 58 zugeführt bzw. abgeführt wird, während der Kolben 25 des Zylinders 61 der zweiten Stufe in ähnlicher Weise durch Druckluft betätigt wird, die durch die Zuleitungs-Abflußrohre 59 und 63 zugeführt bzw. abgeleitet wird. Die Kolben 54 und 25 können in gleicher Weise unabhängig voneinander betrieben werden, wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen, und zu ihrer Steuerung kann ebenfalls das in Fig. 1 gezeigte Steuerungssystem verwendet werden.

Als nächstes wird der mehrstufige Zylinder gemäß der Erfindung in Verbindung mit einem Anwendungsbeispiel, nämlich einen "Roboter" für industrielle Zwecke unter Bezugnahme auf Fig. beschrieben.

Fig. 4 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Roboters 70 für industrielle Zwecke, der bestimmte Gegenstände transportiert und verladet, die nacheinander einer speziellen Zuführstellung zugeführt worden sind, wobei diese Gegenstände in vorbeschriebenen Nummern nacheinander auf Fächer von fortschreitend veränderlicher Höhe abgelegt werden.

Eine hohle, ortsfeste Säule 71 wird in senkrechter Stellung durch eine Stützkonstruktion 72 auf einer Bodenfläche 87 festgehalten. An den oberen und unteren Enden der ortsfesten

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Säule 71 sind Lagereinrichtungen vorgesehen, die die Endteile von oberen und unteren Armen 73 bzw. 74 drehbar abstützen. Diese Arme 73 und 74 sind am oberen und unteren Ende einer drehbaren Welle 76 befestigt, die koaxial innerhalb der ortsfesten Säule 71 angeordnet ist. Die freien Enden der Arme 73 und 74 sind durch eine Verbindungsstange 75 vereinigt, die mit ihrem oberen und unteren Ende an diesen Armen befestigt ist und parallel zur ortsfesten Säule 71 verläuft. Ein Zahnkranz 77 ist am unteren Teil des unteren Armes 74 vorgesehen, und er steht in Eingriff mit einer Zahnstange 78, die durch nicht gezeigte motorische Antriebseinrichtungen angetrieben wird.

Ein Schlitten 79 sitzt verschiebbar auf der ortsfesten Säule 71 etwa in deren mittleren Teil und kann dadurch vertikal relativ zu der Säule 71 gleiten. Dieser Schlitten 79 ist über einen Bolzen mit einem äußeren Ende einer Kolbenstange 81 eines Zylinders 80 verbunden, der den Schlitten nach oben und unten bewegen kann. Der Schlitten 79 ist ferner über einen Bolzen mit seinem Abschlußdeckel an einem Teil der Stützkonstruktion 72 befestigt. Ein Rotor 82 ist an der ortsfesten Säule 71 derart angebracht, daß er sich vertikal· "verschieben und Drehbewegungen ausführen kann, und er ruht drehbar auf dem Schlitten 79. Dieser Rotor 82 ist durch einen Arm 83 betätigbar, um sich gemeinsam mit der Stange 75 zu drehen.

Der Rotor 82 trägt einen mehrstufigen Zylinder 84 gemäß dieser Erfindung, der beispielsweise durch irgend einen der oben beschriebenen Zylinder 10, 40 und 50 dargestellt werden kann. Der mehrstufige Zylinder 84 ist mit seinem Abschlußdeckelende am Rotor 82 befestigt. Eine Greifvorrichtung 86 zum Erfassen der oben erwähnten bestimmten Gegenstände ist am äußeren Ende der Kolbenstange 85 des Zylinders der zweiten Stufe dieses mehrstufigen Zylinders 84 befestigt.

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Beim Betrieb des Roboters der oben beschriebenen Ausführung bewirkt eine Verschiebung der Zahnstange 78, daß sich der Zahnkranz 77 und daher der Arm 74 drehen. Die Folge ist, daß sich die Welle 76, der Arm 73, die Stange 75 und der Rotor 82 sowie der mehrstufige Zylinder 84 gemeinsam nit dem Arm 74 um die Achse der Welle 76 drehen, wobei die Greifvorrichtung 86 in einer horizontalen Ebene ausschwenkt. Eine Betätigung des Zylinders 80 bewirkt, daß sich seine Kolbenstange 81 nach außen oder innen bewegt, wodurch der Schlitten 79, der Rotor 82 und der mehrstufige Zylinder 84 nach oben oder unten bewegt werden, so daß die Greifvorrichtung 86 vertikal nach oben oder unten verschoben wird.

Zusammen mit oder getrennt von der oben beschriebenen Drehung und vertikalen Bewegung kann die Greifvorrichtung 86 durch die Betätigung des mehrstufigen Zylinders 84 horizontal gegen die ortsfeste Säule 71 oder von dieser weg bewegt werden. Wenn die Greifvorrichtung 86 die zur Hand habenden Gegenstände erfaßt und freigibt, und zwar zusammen mit der Kombination der oben beschriebenen Drehung, vertikalen Bewegung und horizontalen Verstellung, so ist es möglich, daß der Roboter 70 ohne weiteres komplizierte Arbeitsvorgänge ausführt, wie beispielsweise das Ablegen von Gegenständen mit bestimmter Höhe in vorbestimmter Reihenfolge auf jeweils eines von einer Vielzahl von Fächern fortschreitend veränderlicher Höhe.

Spezielle Ausführungsbeispiele des Zylinder-Steuerungssystems, das in Fig. 1 durch ein vereinfachtes Blockschaltbild angedeutet ist, werden nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 beschrieben.

Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel wird für die Steuerung eines mehrstufigen Zylinders verwendet, der durch Druckluft als Antriebsmedium betätigt wird. In Fig. 5'

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sind die Teile, die denjenigen in Fig. 1 entsprechen oder äquivalent zu diesen sind, durch gleiche Bezugszahlen gekennzeichnet, sie werden jedoch anschließend ausführlich beschrieben.

Zur Druckluft wird durch eine Druckluftquelle 90 über ein
Druck-Drosselventil 91 einem Verteiler 92 zugeführt, in dem die Druckluft, verteilt und in Rohrleitungen 93, 94, 95 und 96 eingeführt wird. Die Rohrleitung 93 steht in Verbindung mit einer
Düse und dem oben erwähnten ZuIeitungs-Abfluß-Rohr 14, und die Rohrleitung 94 steht in Verbindung mit einer Düse in entgegengesetzter Lage zur Düse 97 sowie in Verbindung mit dem
zuvor erwähnten ZuIeitungs-Abflußrohr 15«

Zwischen den Düsen 97 und 98 ist eine Steuer- oder Prallplatte 99 eingeschaltet, die an ihrem einen Ende schwenkbar gelagert ist. Diese Steuerplatte wird durch eine Ausgleichsfeder 100
in eine Richtung (gegen die Düse 97) und in entgegengesetzter Richtung durch eine Feder 102 gezogen, die an einem Positions-Abfühlteil 101 angebracht ist, das seinerseits aa dem Kolbenstangen-Deckel 21 befestigt ist. Der Kolbenstangen-Deckel 21
ist wiederum an der Kolbenstange 17 des Zylinders 19 der ersten Stufe befestigt.

Die Druckluft in der Rohrleitung 95 wird über ein Druck-Drosselventil 103 einem elektropneumatischen Wandler 104 zugeleitet, in dem sie in ein pneumatisches Drucksignal umgewandelt wird, und zwar in Übereinstimmung mit einem elektrischen Signal vom Impulsgenerator 31. Dieses pneumatische Signal wird über eine Rohrleitung 105 einer Meiabrankammer 106 zugeleitet, um die
Steuerplatte 99 zu verstellen. Durch die Verstellung der Steuerplatte 99 werden die Luftströmungen aus den Düsen 97 und 98
gesteuert, wodurch die Art und Weise, in der die Luft aus den Rohrleitungen 93 und 94 den Zuleitungs-Abflußrohren 14 und 15

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zugeführt, sowie die Art und "Weise, in der die Luft aus den Rohren 14 und 15 abfließt, steuert werden, während der Zylinder 19 der ersten Stufe gemäß Fig. 1 als Servozylinder betätigt wird.

Andererseits wird Druckluft in der Rohrleitung 96 einem Umschaltventil 33 zugeführt. Dieses Umschaltventil 33 besteht beispielsweise aus einem elektromagnetischen Umschaltventil, in dem Solenoide 33a und 33b in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal in Funktion treten, das vom Impulsgenerator 31 kommt, um die Ventilumschaltung auszuführen. Als Folge des Umschaltvorganges des Ventils 33 wird die Druckluft dem Zuleitungs-Abflußrohr 23 oder 28 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt kommuniziert das Zuleitungs-Abflußrohr, das nicht mit Druckluft versorgt wird, über das Umschaltventil 33 mit der Atmosphäre. Der Zylinder der zweiten Stufe wird daher nur durch das Vorhandensein oder Fehlen der Druckluftzufuhr betätigt, und er arbeitet als Ein-Aus-Zylinder.

Fig. 6 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Steuerungssystems für den Fall, daß ein Öl als Antriebsmedium verwendet wird. Die Rohrleitungen 111 und 112 von einer Öldruckquelle 110 sind über ein Servoventil 113 mit dem ZuIeitungs-Abflußrohr 14 oder 15 verbunden. Andererseits wird die Positionsabfühlung der Kolbenstange 17 des Zylinders 19 der ersten Stufe durch einen Positionsfühler 114 ausgeführt, der einen Differential-Umformer aufweist, und zwar in Abhängigkeit von der Verstellung eines Position-Abfühlteils 101, das an dem Kolbenstangen-Deckel 21 befestigt ist. Letzterer ist wiederum an der Kolbenstange 17 des Zylinders 19 der ersten Stufe festgemacht.

Ein Servoverstärker 115 empfängt ein elektrisches Signal von dem Impulsgenerator und dem Ausgang des Positionsfühlers 114, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, wodurch das Servoventil

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gesteuert wird. Die Zuführung und Ableitung des Drucköles durch die Zuleitungs-Abflußrohre T4 und 15 wird so ausgeführt, daß sich die Kolbenstange 17 des Zylinders 19 der ersten Stufe genau in die Position bewegt, die durch das Signal von dem Impulsgenerator 31 bestimmt ist. Der Zylinder der ersten Stufe arbeitet demzufolge als Servozylinder.

Die Rohrleitungen 116 und 117 sind zwischen der Öldruckwelle 110 und dem Umschaltventil 33 eingeschaltet. Das Umschaltventil 33 schaltet die Anschlüsse der ZuIeitungs-Abflußrohre 23 und 28 und der Rohre 116 und 117 über die Solenoide 33a und 33b um, die durch ein Signal vom Impulsgenerator 31 her betätigt werden. Der Zylinder der zweiten Stufe wird demzufolge nur in Abhängigkeit davon betätigt, ob Drucköl zugeführt wird oder nicht, und er arbeitet als Ein-Aus-Zylinder.

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Claims

Patentansprüche

Mehrstufiger Zylinder mit wenigstens einem Zylinder einer ersten Stufe und einem Zylinder einer zweiten Stufe, wobei der Zylinder der ersten Stufe ein erstes Zylinderrohr, einen am einen Ende des ersten Zylinderrohres befestigten Abschlußdeckel, einen ersten Kolben, der in dem ersten Zylinderrohr verschiebbar sitzt, eine erste Kolbenstange, die mit ihrem einen Ende -an dem ersten Kolben befestigt ist,und einen ersten Kolbenstangen-Deckel umfaßt, der an dem anderen Ende des ersten Zylinderrohres befestigt ist und ein durchgehendes Loch aufweist, durch das sich die erste Kolbenstange verschiebbar erstreckt, und wobei sich ferner der Zylinder der zweiten Stufe aus einem zweiten Zylinderrohr, das in dem ersten Zylinderrohr angeordnet ist und mit seinem einen Ende an dem ersten Kolben befestigt ist, einem zweiten Kolben, der innerhalb des zweiten Zylinderrohres verschiebbar sitzt, einer zweiten Kolbenstange, die mit ihrem einen Ende an dem zweiten Kolben befestigt ist, und einem zweiten Kolbenstangen-Deckel "zusammensetzt, der an dem anderen Ende des zweiten Zylinderrohres befestigt ist und ein Loch aufweist, durch das sich die zweite Kolbenstange verschiebbar erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Zuleitungs-Abflußrohr (14) vorgesehen ist, das einen Verbindungskanal von außerhalb des mehrstufigen Zylinders zu einem ersten Raum bildet, der innerhalb des ersten Zylinderrohres durch den Abschlußdeckel und den ersten Kolben begrenzt ist, wobei der

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Kanal ein Medium in den ersten Raum einführt, und aus diesem heraus leitet, daß ein zweites Zuleitungs-Abflußrohr (15) einen Verbindungskanal von außerhalb des mehrstufigen Zylinders zu einem zweiten Raum bildet, der innerhalb des ersten Zylinderrohres durch den ersten Kolben und den ersten Kolbenstangen-Deckel begrenzt ist, wobei dieser Kanal ein Medium in den zweiten Raum einführt und aus diesem herausführt und die Zufuhr und Abfuhr des Mediums durch das erste und zweite Zuleitungs-Abflußrohr in gegenseitiger Koppelung ausgeführt wird, daß ein drittes Zuleitungs-Abflußrohr (23) einen Verbindungskanal von außerhalb des mehrstufigen Zylinders zu einem dritten Raum bildet, der innerhalb des zweiten Zylinderrohres durch den ersten Kolben und den zweiten Kolben begrenzt ist, wobei dieser Kanal das Medium in den dritten Raum einführt und herausleitet, und daß ein viertes Zuleitungs-Abflußrohr (28) einen Verbindungskanal von außerhalb des mehrstufigen Zylinders zu einem vierten Raum bildet, der innerhalb des zweiten Zylinderrohres durch den zweiten Kolben und den zweiten Kolbenstangen-Deckel begrenzt ist, wobei dieser Kanal ein Medium in den vierten Raum einführt und aus diesem herausleitet und wobei ferner die Zuführung und Abführung des Mediums durch die dritten und vierten Zuleitung-Abfluß-Rohre in gegenseitiger Koppelung und in einer individuellen Art und Weise in Bezug auf die ersten und zweiten Zuleitungs-Abfluß-Rohre ausgeführt wird.
2. Mehrstufiger Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kolbenstange (17) des Zylinders (19) der ersten Stufe die Form eines Hohlzylinders hat, daß das zweite Zylinderrohr (20) des Zylinders (29) der zweiten Stufe innerhalb der ersten Kolbenstange mit einem

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bestimmten Spielraum (22) angeordnet und an dem ersten Kolben befestigt ist, daß das zweite Zylinderrohr mit einer Öffnung (24) nahe dem Teil versehen ist, das an dem ersten Kolben befestigt ist und daß das dritte Zuleitungs-Abflußrohr nahe dem äußeren Ende der ersten Kolbenstange vorgesehen ist und über den Spielraum und die Öffnung mit dem dritten Raum in Kommunikation steht.
3. Mehrstufiger Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kolbenstange (43, 5!?) des Zylinders (41, 51) der ersten Stufe und das zweite Zylinderrohr des Zylinders (42, 61) der zweiten Stufe einteilig und von gleicher Konstruktion sind.
4. Mehrstufiger Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das dritte Zuleitungs-Abfluß-Rohr (45) des Zylinders (42) der zweiten Stufe sich verschiebbar durch ein Loch in dem ersten Kolbenstangen-Deckel (44) des Zylinders der ersten Stufe erstreckt, und in Kommunikation mit dem dritten Raum über eine öffnung in einem Teil des zweiten Zylinderrohres in der Nähe des Teils des zweiten Zylinderrohres steht, mit dem dieser an dem ersten Kolben befestigt ist.
5. Mehrstufiger Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das dritte Zuleitungs-Abflußrohr (59) des Zylinders (61) der zweiten Stufe sich verschiebbar durch den Abschluß-Deckel (53) erstreckt und sich ferner durch den ersten Kolben (54) erstreckt und an diesem befestigt ist, sowie mit dem dritten Raum durch eine öffnung in der Seitenwand des ersten Kolbens in Verbindung steht.

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6. . Mehrstufiger Zylinder nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zuleitungs-Abflußrohr (14) sich durch den Abschlußdeckel (12) erstreckt, daß das zweite Zuleitungs-Abflußrohr (15) sich durch den ersten Kolbenstangen-Deckel (13) erstreckt und daß das vierte Zuleitungs- Abflußrohr (23) sich durch den zweiten Kolbenstangen-Deckel (21) erstreckt.
7. ■ Mehrstufiger Zylinder nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zuleitungs-Abflußrohr (57) in der Nähe des Teils des ersten Zylinderrohres (52) vorgesehen ist, das an dem Abschlußdeckel (53) befestigt ist, daß das zweite Zuleitungs-Abflußrohr (58) in der Nähe des Teils des ersten Zylinderrohres vorgesehen ist, das an dem ersten Kolbenstangen-Deckel (56) befestigt ist und daß das vierte Zuleitungs-Abflußrohr (63) in der Näha des Teils des zweiten Zylinderrohres (55) vorgesehen ist, das an dem zweiten Kolbenstangen-Deckel befestigt ist.
8. Mehrstufiger Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Zuleitungs-Abflußrohre das Medium in einer Art und Weise zuführen und abführen, daß der Zylinder der ersten Stufe als Servozylinder arbeitet und daß die dritten und vierten Zuleitungs-Abflußrohre das Medium in; einer Art und Weise zuführen und ableiten, daß der Zylinder der zweiten Stufe als ein Ein-Aus-Zylinder arbeitet.

ReFu/Pi.

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