DE2453561A1 - Stellvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung mit einem feststehenden und einem durch einen Stellmotor beweglichen Teil, dessen Halteposition durch mindestens einen mechanischen Anschlag an dem einen Teil und einem Gegenanschlag am anderen Teil festlegbar ist, insbesondere für Industrie-Roboter.

Bei Stellvorrichtungen dieser Art ist es erstrebt, daß der bewegliche Teil wiederholt einen genau vorgegebenen, aber einstellbaren Weg zurücklegt. Bei einem Industrie-Roboter können auf diese Weise Greiforgane gesteuert werden, um Werkstücke automatisch zu handhaben.

Eine bekannte Stellvorrichtung hat einen pneumatischen Stellmotor, der den beweglichen Teil gegen einen einstellbaren Anschlag fahren läßt, wobei der beim Anschlagen auftretende Stoß mittels eines Stoßdämpfers aufgefangen wird. Dies ergibt einen hohen Verschleiß, Schwierigkeiten bei einer genauen Steuerung und relativ hohe Betriebskosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stellvorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die sich mit geringerem Verschleiß und geringeren Betriebskosten genau steuern läßt.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein hydraulischer Stellmotor mit einem EIN-AUS-Schaltventil und mindestens einer Schaltdrossel in Reihe geschaltet ist, daß der Anschlag durch eine quer zur Vorschubrichtung stehende Rippe mit annähernd Rechteckquerschnitt gebildet ist, daß am anderen Teil in Vorschubrichtung in einem Gehäuse hintereinander zwei Schieber angeordnet sind, die bei Betätigung einer Auslösevorrichtung aus einer außerhalb der Rippenprojektion liegenden ersten Stellung in eine innerhalb der Rippenprojektion liegende zweite Stellung mittels einer Kraft verschiebbar sind und an ihrer Stirnseite einen die Rippenbreite höchstens geringfügig übersteigenden Abstand voneinander haben, so daß der eine Schieber bis zum Erreichen der Halteposition von der Rippe in einer dritten Zwischenstellung gehalten ist, und daß die Schaltdrossel drosselt, wenn sich der eine Schieber in der zweiten und der andere Schieber in der dritten Stellung befinden, und das Schaltventil abschaltet, wenn sich beide Schieber in der zweiten Stellung befinden.

Durch die Verwendung eines hydraulischen Stellmotors lassen sich die Betriebskosten senken, weil es für eine vorgegebene Arbeit billiger ist, eine entsprechende Menge Öl zu pumpen als eine entsprechende Menge Luft zu verdichten. Da vor Erreichen der Halteposition eine Drosselung erfolgt, ergibt sich eine Abbremsung des beweglichen Teils, so daß dieser allein durch das Abschalten des Schaltventils zur Ruhe kommt, zumindest aber beim Auftreffen des von einem Schieber gebildeten Gegenanschlags an den von der Rippe gebildeten Anschlag nur noch sehr kleine Massenkräfte auftreten. Es wird daher kein Stoßdämpfer benötigt. Erschütterungen treten nicht auf; der Verschleiß ist minimal. Eine weitere Folge ist es, daß sich eine sehr genaue Halteposition ergibt, beispielsweise mit einer Toleranz von + 1/100 mm. Lediglich durch Verschieben der Rippe bzw. des Schieberpaares am zugehörigen Teil der Stellvorrichtung läßt sich eine neue Halteposition einjustieren.

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Vorzugsweise sind Rippe und Schieber zu einer quer zur Vorschubrichtung stehenden Ebene symmetrisch aufgebaut. Die Anordnung läßt sich daher in beiden Bewegungsrichtungen verwenden, so daß beispielsweise ein Zwischenhalt in beiden Bewegungsrichtungen möglich ist.

Des weiteren kann in beiden Anschlußleitungen des Stellmotors je eine Schaltdrossel vorgesehen sein und jeder Schieber den Teil einer Schaltdrossel bilden. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß) unabhängig davon welcher Schieber sich wegen der Bewegungsrichtung des Stellmotors in der dritten Zwischenposition befindet, in den Anschlußleitungen des Stellmotors gleichartige Verhältnisse vorliegen, so daß der Bremsvorgang unabhängig von der Bewegungsrichtung gleich ist.

Insbesondere kann der Schieber eine Bohrung aufweisen, die zwei Gehäusebohrungen verbindet und in der zweiten Stellung einen kleineren Querschnitt freigibt als in der ersten Stellung. Der in die zweite Stellung gehende Schieber übernimmt dann die Drosselung, obwohl auch der in der dritten Zwischenstellung befindliche Schieber am Drosseleffekt teilnehmen kann.

Darüber hinaus kann in die Bohrung des Schiebers ein den Querschnitt teilweise füllender Justierkörper einfügbar sein. Hiermit läßt sich die Drosselwirkung und damit der Bremseffekt genau einstellenο

Mit besonderem Vorteil ist das Schaltventil elektromagnetisch betätigbar und die Schieber betätigen zugehörige Schaltkontakte. Sobald der Schieber in der Halteposition von der dritten Zwischenstellung in die zweite Stellung gedrückt wird, ergibt sich eine Betätigung der Schaltkontakte, die das Schaltventil abschalten.

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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jeder Schieber in Richtung auf die Rippe durch eine Feder belastet und weist zur Belastung in Gegenrichtung eine Druckfläche auf, die in einem Druckraum angeordnet ist, der mittels eines von der Auslösevorrichtung betätigbaren Auslöseventils wahlweise an eine hydraulische Druckmittelquelle oder an einen Ablauf anschließbar ist. Solange der Druckraum mit der Druckmittelquelle verbunden ist, befindet sich der Schieber in der ersten Stellung, sobald er an den Ablauf angeschbssen ist, geht er in die zweite Stellung über, solange er nicht von der Rippe in der dritten Zwischenstellung gehalten wird.

Sehr günstig ist es, wenn die Auslösevorrichtung einen Auslöseschalter aufweist, der durch eine der Rippe vorgelagerte Stufe betätigbar ist, wenn sich der andere Schieber bereits über der Rippe befindete Dieser Auslöseschalter kann beispielsweise mit einem Programmschalter in Reihe liegen, der den jeweils wirksamen Anschlag auswählt. Der Auslöseschalter stellt auf einfache Weise sicher, daß die Auslösung zum genau richtigen Zeitpunkt erfolgt.

Beispielsweise ist dafür gesorgt, daß die Rippe auf einem Block sitzt, dessen Kante die Stufe bildet, daß im Schiebergehäuse mindestens zwei Schalterstößel nebeneinander angeordnet sind, daß in der Blockoberseite durchgehende Nuten für die nicht zu betätigenden Stößel vorgesehen sind und daß mindestens zwei Blöcke mit unterschiedlichen Nutenanordnungen vorhanden sind. Auf diese Weise wird durch den jeweils betätigten Schalterstößel ein bestimmter Anschlag gekennzeichnet. Ist dieser für die nächste Betätigung ausgewählt, erfolgt die Auslösung.

Mit besonderem Vorteil ist der hydraulische Stellmotor ein Rotationskolbenmotor mit drehendem und kreisendem Rotor, dessen Drehbewegung den beweglichen Teil direkt, z. B. über eine Kupplung oder einen Zahnstangentrieb, antreibt. Derartige Rotationskolbenmotoren haben den Vorteil, daß sie ohne jegliche

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Untersetzung eine sehr geringe Ausgangsdrehzahl, aber ein hohes Drehmoment besitzen. Die geringe Drehzahl erlaubt den Direktantrieb. Das hohe Drehmoment wird durch den DrosselVorgang kurz vor Erreichen der Halteposition auf einen nicht störenden Wert reduziert.

Die Erfindung wird nachgehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt einer Stellvorrichtung mit mehreren Anschlägen,

Fig. 2 ein Schaltbild der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Öffnungen in der Schaltdrossel,

Fig. 4 einen teilweisen Querschnitt durch die Schaltdrossel,

Fig. 5 eine weitere Einzelheit der Schaltdrossel,

Fig. 6 die Schiebaanordnung kurz nach dem Auslösen,

Fig. 7 eine Stirnansicht des Schiebergehäuses und

Fig. 8 ein Bremsdiagramm.

In einem feststehenden Teil 1 ist auf Rollen 2 verschiebbar ein beweglicher Teil 3 gelagert. Dieser trägt eine Zahnstange 4, die direkt von der Ausgangswelle eines hydraulischen Rotationskolbenmotors mit drehendem und kreisendem Rotor verbunden ist, wobei die Ausgangswelle die Drehbewegung des Rotors mitmacht. Des weiteren sind auf dem beweglichen Teil 3 einstellbar mehrere Anschlageinheiten 6 angebracht, die je aus einem Block 7 und einer quer zur Vorschubrichtung stehenden Rippe 8 bestehen ο

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Am feststehenden Teil 1 ist ein Gehäuse 9 angebracht, in welchem zwei Schieber 10 und 11 quer zur Vorschubrichtung beweglich gehalten sind. Der Schieber 10 weist einen Kolben 12 auf, der einen Druckraum 13 begrenzt, welcher über eine Leitung 14 und eine Bohrung 15 mit Druckflüssigkeit versorgt werden kann. In gleicher Weise hat der Schieber 11 einen Kolben 16, der einen Druckraum 17 begrenzt, welcher über eine Leitung 18 und eine Bohrung 19 mit Druckflüssigkeit versorgbar ist. Während die Schieber 10, 11 nach oben geshoben werden können, ist ihnen je eine Feder 20a, 20b zugeordnet, welche sie in entgegengesetzter Richtung belastet. Die in Nuten der Schieber und der Kolben angeordneten Dichtringe sind lediglich angedeutet.

Am Schieber 10 ist eine Stange 21 angebracht, die zwei Ausleger 22 und 23 trägt, welche je einen Mikroschalter 24 und 25 betätigen können. In gleicher Weise ist am Schieber 11 eine Stange 26 befestigt, die mit ihren Auslegern 27 und 28 zwei Mikroschalter 29 und 30 betätigt. Im Schieber 10 befindet sich eine Bohrung 31, die mit einer Bohrung 32 im Schiebergehäuse 14 zusammenwirkt. Entsprechende Bohrungen 33 und 34 sind dem Schieber 11 zugeordnet. Ein Querschnitt dieser Anordnung ist in Fig. 4 veranschaulicht. Fig. 5 zeigt, daß in die Bohrung 31 ein Justierelement 35 einschraubbar ist, das einen Teil des Querschnitts ausfüllt und mittels einer Gegenmutter 36 arretiert werden kann.

Jeder Schieber 10, 11 kann drei Stellungen einnehmen, nämlich eine erste Stellung I, wenn der Schieber durch die Druckflüssigkeit nach oben soweit angehoben ist, daß er außerhalb der Projektion der Rippe 8 sich befindet. Dann fluchten die Bohrungen 31, 32 miteinander, wie es Fig. 3 zeigt. In der in Fig. 1 völlig abgesenkten zweiten Stellung II überlappen die Bohrungen 31, 32 sich nur noch um den Betrag a, so daß lediglich der verhältnismäßig kleine schraffierte Durchschnittsquerschnitt verbleibt. In dieser Stellung erfolgt daher eine Drosselung. Außerdem ergibt sich eine dritte Zwischenstellung III, wenn der Schieber

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mit seiner Unterseite auf der Rippe 8 aufsitzt (Fig. 6). Dann ergibt sich eine teilweise Verkleinerung des Durchtrittsquerschnitts, wie es ebenfalls in Fig. 3 veranschaulicht ist.

Im Schiebergehäuse 9 sind nebeneinander vier Schalterstößel 37a, 37b, 37c und 37d angeordnet, die je einen Auslöseschalter 38a, 38b, 38c und 38d zugeordnet sind. Im Block 7 sind nebeneinander Nuten 39a, 39b und 39d vorgesehen. Daher wird bei dem veranschaulichten Block 7 lediglich der Stößel 37c zur Betätigung des Mikroschalters 38c angehoben. Der Stößel 37c hat von der Vorderkante 40 des Schiebers 11 einen Abstand L, der etwas größer ist als der Abstand der Rippenseite 41 von der Stufe 42 des Blocks 7. Wenn daher mit Hilfe des Stößels 37c der Auslöseschalter 38c betätigt wird und die beiden Schieber 10, 11 sich nach unten bewegen, wie es nachstehend noch beschrieben wird, geht lediglich der Schieber 10 (Fig. 6) in die zweite Stellung, während sich der Schieber 11 auf die Oberseite 43 der Rippe aufsetzt und in der dritten Zwischenstellung verbleibt. Da die Anordnung symmetrisch getroffen ist, gilt ähnliches für die andere Rippenseite 44 und die gegenüberliegende Seite 45 des Schiebers 10. Am Fuß haben die Seitenflächen 46 und 47 der Schieber 10, 11 einen Abstand, der nur geringfügig größer ist als die Breite der Rippe 8 zwischen den Seiten 41 und 44, beispielsweise um einen Betrag von 2/100 mm größer.

Aus Fig. 2 ist ein 4/3-Wege-Ventil als Ein-Aus-Schaltventil 48 veranschaulicht, das elektromagnetisch betätigt wird, auf der einen Seite über eine Leitung 49 mit einer Quelle P für Druckflüssigkeit und über eine Leitung 50 mit dem Tank verbunden ist und auf der anderen Seite zwei Anschlußleitungen 51» 52 aufweist, die je über eine Schaltdrossel 31, 32 und 33, 34 zum Stellmotor 5 führen. Die zu den Druckräumen 13 und 19 führenden Leitungen 14 und 18 sind an ein elektromagnetisch betätigtes Auslöseventil angeschlossen, das auf der gegenüberliegenden Seite einerseits über eine Leitung 54 mit einem Druckflüssigkeits-Akkumulator 55 verbunden, der seinerseits über eine Leitung 56 von einer Pumpe gespeist wird, und andererseits über eine Leitung 57 mit einem Tank. Die beiden Räume für die

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Federn 20a und 20b sind mit Leitungen 58 versehen, die das Lecköl ebenfalls in einen Tank leiten.

Diese Stellvorrichtung arbeitet wie folgt. Zur Verstellung des beweglichen Teils 3 wird zunächst das Auslöseventil 53 in die Arbeitsstellung gebracht, in der Druckflüssigkeit aus dem Akkumulator 55 in die beiden Druckräume 13 und 19 gebracht werden, wodurch die Schieber 10 und 11 in ihre erste Stellung angehoben werden in der sie außerhalb der Rippenprojektion liegen. Gleichzeitig gehen die Schaltdrosseln 31, 32 und 33» in ihre volle Offenstellung. Nunmehr wird das Ein-Aus-Schaltventil 48 in eine seiner beiden Schaltstellungen gebracht, worauf der Stellmotor 5 anläuft und den beweglichen Teil 3 verschiebt. Durch einen Wahlschalter wird einer der Auslöseschalter 38a 38d,und damit eine der Anschlagvorrichtungen 6,ausgewählt. Es sei angenommen, daß dies der Auslöseschalter 38c sei. Sobald dieser Schalter vom zugehörigen Stößel 37c, welcher über die Stufe 42 des Blocks 7 angehoben wird, betätigt wird, wird das Auslöseventil 53 entregt. Die Federn 20a und 20b drücken die Druckflüssigkeit aus den Räumen 13 und 19 in den Tank und die Schieber 10 und 11 nach unten. Hierbei gelangt, wie es in Verbindung mit Fig. 6 erläutert wurde, der eine Schieber 10 sofort in die zweite Stellung, während der andere Schieber 11 in der dritten Zwischenstellung auf der Oberseite 43 der Rippe verbleibt. Dies führt zu einer Drosselung der Schaltdrosseln 31, 32 und 33, 34 und damit zu einer Bremsung des Stellmotors 5. Die Bewegung des beweglichen Teils verlangsamt sich. Sobald ein Restvorschub solcher Größe durchlaufen ist, daß sich die Rippe 8 zwischen den beiden Flächen 46 und 47 befindet, wird auch der Schieber 11 durch die Feder 20b in die zweite Stellung geschoben. Hierdurch wird das Ein-Aus-Schaltventil 48 entregt. Zu diesem Zweck sind die Mikroschalter 24, 25, 29, 30 derart miteinander verknüpft, daß das Abschalten nur dann erfolgt, wenn die Mikroschalter 24 und 29 betätigt, die Mikroschalter 25 und 30 dagegen nicht betätigt sind. Sollte in diesem Zeitpunkt der bewegliche Teil noch eine Geschwindigkeitskomponente haben, ergibt sich ein definierter mechanischer Anschlag durch Anlage

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der Seitenfläche 46 an der Rippenseite 41. Dieselben Verhältnisse ergeben sich auch bei einer Vorschubbewegung in entgegengesetzter Richtung.

Es bedarf keiner näheren Erläuterung, daß eine ähnliche Anordnung auch getroffen werden kann, wenn der bewegliche Teil 3 durch den Stellmotor 5 gedreht wird. In anderen Fällen kann auch eine Zylinder-Kolben-Anordnung als Stellmotor verwendet werden.

In Fig. 8 ist in einem Diagramm die Geschwindigkeit ν über dem Weg s aufgetragen. Auf dem Weg sind mit den Bezugszeichen 42 und 41 die Lage der Stufe 42 und der Rippenseite 41 am Block 7 veranschaulicht. Die normale Arbeitsgeschwindigkeit betrage v1, z.B. 40 m/min. Durch Drosselung von der Stufe 42 ab sinkt die Geschwindigkeit bis auf den Wert v2 von z.B. 5 m/min im Punkt 41. Ein mit dieser Geschwindigkeit verschobenes bewegliches Teil 3 kann ohne große mechanische Belastung durch Anlegen der Seitenfläche 46 an der Rippenseite 41 zum Stillstand gebracht werden. Die Länge L zwischen der Stufe 42 und der Rippenseite 41 beträgt vorzugsweise 15-20 mm.

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Claims (10)

- ίο - Patentansprüche

1.; Stellvorrichtung mit einem feststehenden und einem durch einen Stellmotor beweglichen Teil, dessen Halteposition durch mindestens einen mechanischen Anschlag, an dem einen Teil und einem Gegenanschlag am anderen Teil festlegbar ist, insbesondere für Industrie-Roboter, dadurch gekennzeichnet, daß ein hydraulischer Stellmotor (5) mit einem Ein-Aus-Schaltventil (48) und mindestens einer Schaltdrossel (31, 32; 33, 34·) in Reihe geschaltet ist, daß der Anschlag durch eine quer zur Vorschubrichtung stehende Rippe (8) mit annähernd Rechteckquerschnitt gebildet ist, daß am anderen Teil (1) in Vorschubrichtung in einem Gehäuse (9) hintereinander zwei Schieber (10, 11) angeordnet sind, die bei Betätigung einer Auslösevorrichtung (38a - 38d) aus einer außerhalb der Rippenprojektion liegenden ersten Stellung (i) in eine innerhalb der Rippenprojektion liegende zweite Stellung (II) mittels einer Kraft verschiebbar sind und an ihrer Stirnseite (46, 47) einen die Rippenbreite höchstens geringfügig übersteigenden Abstand voneinander haben, so daß der eine Schieber bis zum Erreichen der Halteposition von der Rippe in einer dritten Zwischenstellung (III) gehalten ist, und daß die Schaltdrossel drosselt, wenn sich der eine Schieber in der zweiten und der andere Schieber in der dritten Stellung befinden, und daß Schaltventil abschaltet, wenn sich beide Schieber in der zweiten Stellung befinden.

2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Rippe (8) und Schieber (10, 11) zu einer quer zur Vorschubrichtung stehenden Ebene symmetrisch aufgebaut sind.

3. Stellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Anschlußleitungen (51, 52) des Stellmotors (5) je eine Schaltdrossel (31, 32; 33, 34) vorgesehen ist und daß jeder Schieber (10, 11) den Teil einer Schaltdrossel bildet.

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4. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (10, 11) eine Bohrung (31, 33) aufweist, die zwei Gehäusebohrungen (32, 34) verbindet und in der zweiten Stellung einen kleineren Querschnitt freigibt als in der ersten Stellung.

5. Stellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bohrung (31) des Schiebers (10) ein den Querschnitt teilweise füllender Justierkörper (35) einfügbar ist.

6. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (48) elektromagnetisch betätigbar ist und die Schieber (10, 11) zugehörige Schaltkontakte (24, 25, 29, 30) betätigen.

7. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schieber (10, 11) in Richtung auf die Rippe (8) durch eine Feder (20a, 20b) belastet ist und zur Belastung in Gegenrichtung eine Druckfläche (12, 16) aufweist, die in einem Druckraum (13, 17) angeordnet ist, der mittels eines von der Auslösevorrichtung (38a - 38d) betätigbaren Auslöseventils (53) wahlweise an eine hydraulische Druckmittelquelle (55) oder an einen Ablauf (57) anschließbar ist.

8. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösevorrichtung einen Auslöseschalter (38a - 38d) aufweist, der durch eine der Rippe (8) vorgelagerte Stufe (42) betätigbar ist, wenn sich der andere Schieber (11) bereits über der Rippe befindet.

9. Stellvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (8) auf einem Block (7) sitzt, dessen Kante die Stufe (42) bildet, daß im Schiebergehäuse (9) mindestens zwei Schalterstößel (37a - 37d) nebeneinander angeordnet sind, daß in der Blockoberseite durchgehende Nuten (39a 39d) für die nicht zu betätigenden Stößel vorgesehen sind

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und daß mindestens zwei Blöcke mit unterschiedlichen Nutenanordnungen vorhanden sind.

10. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Stellmotor (5) ein Rotationskolbenmotor mit drehendem und kreisendem Rotor ist, dessen Drehbewegung den beweglichen Teil direct , z.B. über eine Kupplung oder einen Zahnstangentrieb (4), antreibt.

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