DE29610909U1 - Fluidbetätigte Antriebseinrichtung - Google Patents

Fluidbetätigte Antriebseinrichtung

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Description

G 17 523 - les 12.06.1996
Festo KG, 73734 Essiingen Fluidbetätigte Antriebseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine fluidbetätigte Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer relativen Vorschubbewegung zwischen der Antriebseinrichtung und einem langgestreckten Strangelement.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Bereitstellung einer insbesondere pneumatisch betätigten Antriebseinrichtung, die das lineare Verlagern eines langgestreckten Strangelementes relativ zu der Antriebseinrichtung selbst und/oder umgekehrt ermöglicht. .Insbesondere ist an einen Einsatz als Vorschubeinrichtung gedacht, mit der beispielsweise stangenähnliche Werkstücke schrittweise einer Bearbeitungsstation zugeführt werden können.
Als Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann daher angegeben werden, eine fluidbetätigte Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Erzeugung einer relativen Vorschubbewegung beliebiger Hublänge ermögli ent.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß wenigstens zwei für den Vorschub in einer ersten Vorschubrichtung verantwortliche, koaxial aufeinanderfolgend angeordnete und fest miteinander verbundene erste Antriebsstufen vorhanden sind, die jeweils über ein Gehäuse und einen in dem Gehäuse axial verschiebbar angeordneten Antriebskolben verfugen, daß Beaufschlagungsmittel vorhanden sind, um die Antriebskolben der beiden ersten Antriebsstufen ausgehend von einer Grundstellung abwechselnd in einer gleichgerichteten Arbeitsrichtung mit einem Betätigungsf1uid zu beaufschlagen und zu einem Arbeitshub zu veranlassen, daß Beaufschlagungsmittel vorhanden sind, um einen jeweiligen Antriebskolben nach Beendigung des Arbeitshubes zu einem dem Arbeitshub entgegengesetzten Rückhub in die Grundstellung zu veranlassen, daß die Antriebsstufen einschließlich ihrer Antriebskolben von dem langgestreckten Strangelement durchsetzt sind und daß die Antriebskolben jeweils über eine Kupplungseinrichtung verfugen, die zwischen einer eine relative Verschiebebewegung zwischen dem Antriebskolben und dem Strangelement ermöglichenden unwirksamen Stellung und einer wirksamen Stellung, in der der Antriebskolben axial unverschieblich auf dem Strangelement festgeklemmt ist, umschaltbar ist, wobei während der Grundstellung und während des RUckhubes die unwirksame Stellung und während des Arbeitshubes die wirksame Stellung vorliegt.
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Eine derartige f1uidbetätigte Antriebseinrichtung ermöglicht die Erzeugung einer schrittweisen Vorschubbewegung des Strangelementes und/oder der Antriebseinrichtung selbst. Erzeugt wird die Vorschubbewegung durch ein den Antriebsstufen abwechselnd zugeführtes Betätigungsf1uid, so daß während des Rückhubes des jeweils einen Antriebskolbens der jeweils andere Antriebskolben einen Arbeitshub ausführt und eine fast schon kontinuierliche Vorschubbewegung erzeugt werden kann. Die Antriebseinrichtung ermöglicht eine axial sehr kurze Bauweise, da über eine entsprechend große Anzahl von Hubbewegungen der Antriebskolben auch große Vorschubstrecken erzeugt werden können. Durch das Zählen der einzelen Betätigungstakte kann bei Bedarf auf die aktuelle Relativposition geschlossen werden, so daß auf teure Meßeinrichtungen verzichtet werden kann. Indem die Kupplungseinrichtung während des Arbeitshubes die wirksame Stellung einnimmt, hat dies umgekehrt zur Folge, daß bei einer vertikal nach oben gerichteten Vorschubbewegung ein gewichtsbedingt entgegen der Arbeitsrichtung erfolgendes Zurückrutschen des Strangelementes verhindert wird, da ein selbstklemmender Effekt auftritt. Die Antriebseinrichtung läßt sich vielfältig einsetzen, beispielsweise als Stangenvorschub, als Hebezeug oder als Hublift oder zum Abziehen von auf Haspeln aufgewickeltem Endlosdraht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Zweckmäßigerweise sind zusätzlich zu den beiden ersten Antriebsstufen zwei weitere zweite Antriebsstufen vorhanden, deren Anordnung spiegelbildlich zu derjenigen der ersten Antriebsstufen erfolgt, wobei sämtliche Antriebsstufen koaxial aufeinanderfolgend angeordnet sind. Auf diese Weise lassen sich mit ein und derselben Antriebseinrichtung zwei entgegengesetzte Vorschubrichtungen verwirklichen, indem bei Bedarf die betreffenden Antriebsstufen betrieben werden.
Eine jeweilige Kupplungseinrichtung verfügt'vorzugsweise über mindestens ein und zweckmäßigerweise mehrere über den Umfang des Strangelementes verteilt angeordnete Klemmelemente, die zwischen einer Klemmstellung und einer Freigabestellung beweglich sind, wobei sie sich in der Klemmstellung am jeweiligen Antriebskolben abstützen und gegen den Außenumfang des Strangelements vorgespannt sind, so daß eine lösbare kraftschlüssige Verbindung vorliegt.
Zweckmäßig ist es ferner, wenn den Klemmelementen einer jeweiligen Kupplungseinrichtung an ihrer dem Strangelement radial entgegengesetzten Außenseite eine kolbensei ti ge schräge Abstützfläche gegenüberliegt, die derart angeordnet
* * · · 4 &bgr; &psgr; &phgr; 4 &phgr; &bgr; 4 4
ist, daß sie sich in Rückhubrichtung des Antriebskolbens radial an das Strangelement annähert. Dies begünstigt eine automatische Klemmung allein durch Druckbeaufschlagung und Verlagerung des Antriebskolbens in der Arbeitsrichtung. Die Beaufschlagung des Antriebskolbens bewirkt eine minimale, kaum merkliche Verlagerung relativ zum Strangelement, so daß die Klemmelemente zwischen der Abstützfläche und der Umfangsfläche des Strangelementes verkeilt werden und eine zuverlässige lösbare Mitnahme-Klemmverbindung hergestellt wird.
Weist die Kupplungseinrichtung ein elastisch nachgiebiges Vorspannglied auf, durch das die Klemmelemente in die Klemmstellung vorgespannt sind, ergibt sich bei in Arbeitsrichtung erfolgender Beaufschlagung des Antriebskolbens eine praktisch verzögerungsfreie Umschaltung in die wirksame Stellung der Kupplungseinrichtung. Zum Umschalten der Kupplungseinrichtung aus der unwirksamen in die wirksamen Stellung bedarf es lediglich einer geringfügig größeren Verstel1geschwindigkeit des Antriebskolbens bezüglich des Strangelements in der Arbeitsrichtung.
Zweckmäßigerweise ist am Gehäuse einer jeweiligen Antriebsstufe und insbesondere an einem stirnseitigen Abschlußdeckel derselben ein Löseelement vorgesehen, das die Kupplungseinrichtung beaufschlagt und in der unwirk-
samen Stellung hält, wenn der Antriebskolben die Grundstellung einnimmt. Hier liegt dann praktisch eine mechanische Entriegelung der Kupplungseinrichtung vor. Zweckmäßigerweise wird der Antriebskolben unter Vermittlung geeigneter Beaufschlagungsmittel so lange in der Grundstellung gehalten, bis ein erneuter Arbeitshub erfolgt. Geeignete Beaufschlagungsmittel könnten eine im Gehäuse untergebrachte Federeinrichtung aufweisen. Vorteilhafter ist es jedoch, Beaufschlagungsmittel vorzusehen, die eine fluidische Druckbeaufschlagung in Rückhubrichtung ermöglichen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:
Fig. 1 eine erste Bauform der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung im Längsschnitt, wobei jeweils zwei erste und zweite Antriebsstufen vorhanden sind,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Antriebseinrichtung gemäß Fig. 1 im Bereich einer Antriebsstufe, wobei eine Betriebsphase gezeigt ist, in der der zugeordnete Antriebskolben die Grundstellung einnimmt,
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, wobei eine andere Betriebsphase gezeigt ist, bei der der Antriebskolben einen Arbeitshub durchführt und kurz vor Ende des Arbeitshubes angelangt ist,
Fig. 4 einen bei der Antriebseinrichtung gemäß Fig. 1 bis 3 verwendeten Antriebskolben einschließlich der an ihm vorgesehenen Kupplungseinrichtung in explodierter Einzeldarstellung und
Fig. 5 den in Fig. 4 gezeigten Antriebskolben im zusammengebauten Zustand.
Aus Fig. 1 geht eine bevorzugte Bauform der f1uidbetätigten Antriebseinrichtung 1 hervor. Ferner ist ein lineares, langgestrecktes Strangel ement 2 abgebildet, das durch die Antriebseinrichtung 1 zu einer Vorschubbewegung in einer axial gerichteten ersten Vorschubrichtung 3 angetrieben werden soll. Das Strangelement 2 des Ausführungsbeispiels ist eine zylindische Stange beliebiger Länge mit konstantem Querschnitt. Das beispielsgemäße Strangelement 2 ist ein starres Teil, es könnte sich aber auch um ein biegeflexibles Teil handeln, beispielsweise ein Drahtseil.
Die Antriebseinrichtung 1 umfaßt zwei erste Antriebsstufen
4, 41 und zwei zweite Antriebsstufen 5, 5'. Alle Antriebsstufen sind in Längsrichtung 6 unter koaxialer Ausrichtung aufeinanderfolgend angeordnet. Obwohl die Reihenfolge an sich beliebig ist, empfiehlt sich doch die gezeigte Einteilung, bei der die beiden ersten Antriebsstufen 4, 4' und die beiden zweiten Antriebsstufen 55 5' jeweils axial nebenei nanderli egen.
Jede Antriebsstufe 4, 41, 5, 5' ist vorzugsweise nach Art eines doppeltwirkenden, fluidisch betätigbaren Arbeitszylinders ausgebildet. So umfaßt jede Antriebsstufe 4, 4'5
5, 5' ein Gehäuse 7 mit einem rohrförmigen Mittelteil 8 und dieses axial beidseits verschließenden Abschlußwänden 12. Die vier Gehäuse 7 sind in Axialrichtung 6 fest aneinandergesetzt, beispielsweise mittels nicht näher dargestellter Verbindungsschrauben oder Zuganker, und bilden gemeinsam ein Gesamtgehäuse der Antriebseinrichtung 1.
Um in Axialrichtung 6 möglichst kompakte Abmessungen zu erzielen, ist zwischen axial unmittelbar benachbarten Antriebsstufen 4, 4', 5, 51 jeweils nur eine einzige Abschlußwand 12 angeordnet, die gleichzeitig als Abschlußwand für beide benachbarte Antriebsstufen dient. Beispielsgemäß sind somit insgesamt fünf Abschlußwände 12 vorhanden.
Jedes Gehäuse 7 definiert einen Arbeitsraum 13, in dem ein Antriebskolben 14 axial verschiebbar angeordnet ist. Im Bereich des Außenumfanges der Antriebskolben 14 angeordnete ringförmige Dichtungen 15 arbeiten gleitend mit der Innenumf angsf lache ei nes jeweiligen Mittelteils 8 zusammen, so daß der zugeordnete Arbeitsraum 13 in zwei Beaufschlagungsräume 16, 17 dicht unterteilt wird. In jeden Beaufschlagungsraum 16, 17 mündet ein am Außenumfang des Gesamtgehäuses ausmündender Fluidkanal 18, über den eine gesteuerte Zufuhr und/oder Abfuhr eines Betätigungsfluides, insbesondere Druckluft, in den bzw. aus dem betreffenden Beaufschlagungsraum 16, 17 möglich ist. Zu diesem Zweck sind die beiden Fluidkanäle 18 einer jeweiligen Antriebsstufe 4, 4', 5, 51 über geeignete Leitungen 2 3 an ein Steuerventil 2 2 angeschlossen, die je nach Schaltstellung eine Druckbeaufschlagung des jeweils einen Beaufschlagungsraumes bewirken, während gleichzeitig der andere Beaufschlagungsraum entlüftet wird. Jeder Antriebsstufe 4, 41, 5, 51 ist ihr eigenes Steuerventil 22 zugeordnet, wobei alle Steuerventile 22 an eine gemeinsame Druckmittelquelle P angeschlossen sein können. Die Steuerventile 22 sind unabhängig voneinander betätigbar, um eine gewünschte Betriebsweise der Antriebseinrichtung 1 zu realisieren.
Die Ventile 22 mit den Leitungen 23 und den Fluidkanälen
I · > ♦ ♦ ·
18 bilden Beaufschlagungsmittel, um die Antriebskolben 14 entweder in einer Arbeitsrichtung 2 4 oder in einer entgegengesetzten Rückhubrichtung 25 zu beaufschlagen und entweder zu einem Arbeitshub in Arbeitsrichtung 24 oder zu einem entgegengesetzten Rückhub in Rückhubrichtung 2 5 zu veranlassen. Der Arbeitshub beginnt in einer Grundstellung des betreffenden Antriebskolbens 14, in der dieser an einer der Abschlußwände 12 anliegt. In Fig. 1 nehmen die Antriebskolben 14 der ganz links abgebildeten einen ersten Antriebsstufe 4 sowie der beiden rechts abgebildeten zweiten Antriebsstufen 5, 5' die Grundstellung ein.
Die bauliche Ausgestaltung der beiden ersten Antriebsstufen 4, 4' ist mit derjenigen der beiden zweiten Antriebsstufen 5, 51 identisch. Allerdings ist die Anordnung bezogen auf eine zwischen den beiden ersten und zweiten Antriebsstufen 4, 41, 5, 51 verlaufende Radialebene 26 spiegelbildlich. Während die beiden ersten Antriebsstufen 4, 41 zur Erzeugung einer Vorschubbewegung in der ersten Vorschubrichtung 3 dienen, kann mittels der beiden zweiten Antriebsstufen 5, 51 eine Vorschubbewegung des Strangelementes 2 in einer axial entgegengesetzten zweiten Vorschubrichtung 31 erzeugt werden. Infolge der baulichen Übereinstimmung erfolgt die weitere Beschreibung im wesentlichen anhand der für die erste Vorschubrichtung 3, 31 verantwortlichen ersten Antriebsstufen 4, 41.
Das von der Antriebseinrichtung zu verschiebende Strangelement 2 durchsetzt die Antriebseinrichtung 1 koaxial, wobei sie sämtliche Antriebsstufen 4, 4', 5, 51 einschließlich ihres jeweiligen Antriebskolbens 14 durchsetzt und an beiden Stirnseiten der Antriebseinrichtung 1 aus dem Gesamtgehäuse herausragt. Die Länge des beispielsgemäßen Strangelementes 2 beträgt ein Vielfaches der Länge der Antriebseinrichtung 1 und ist beliebig.
In den von dem Strangelement 2 durchsetzten Durchbrechungen der Abschlußwände 12 sind ringförmige Dichtungseinrichtungen 27 angeordnet, die einen Aus- und übertritt des Druckmediums verhindern.
Jeder Antriebskolben 14 ist mit einer Kupplungseinrichtung 28 ausgestattet. Ihr bevorzugter Aufbau ist aus Fig. 2 und 3 gut ersichtlich. Die Kupplungseinrichtung 28 ist zwischen einer in Fig. 2 gezeigten unwirksamen Stellung und einer in Fig. 3 gezeigten wirksamen Stellung umschaltbar. In der unwirksamen Stellung gemäß Fig. 2 ist eine relative axiale Verschiebebewegung zwischen dem jeweiligen Antriebskolben 14 und dem den Antriebskolben verschiebbar durchsetzenden Strangelement 2 möglich. Eine in der vom Strangelement 2 durchsetzten Durchbrechung 32 des Antriebskolbens 14 angeordnete ringförmige Dichtungseinrichtung 271 umschließt das Strangelement 2 koaxial, so
daß trotz der relativen Verschiebbarkeit eine Abdichtung vorliegt, die einen FIuidu bertritt zwischen den beiden Beaufschlagungsräumen 16, 17 verhindert.
In der wirksamen Stellung gemäß Fig. 3 ist der Antriebskolben 14 axial unverschieblich auf dem Strangelement 2 festgeklemmt. Er ist dadurch in der Lage, axiale Antriebskräfte, die vom Betätigungsf1uid hervorgerufen werden, auf das Strangelement 2 zu übertragen.
Unter Vermittlung der Steuerventile 22 werden die beiden ersten Antriebsstufen 4, 4' derart fluidisch angesteuert, daß ihre Antriebskolben 14 abwechselnd gegensinnig in Arbeitsrichtung 24 und in Rückhubrichtung 25 beaufschlagt werden. Während also der eine Antriebskolben 14 in Antriebsrichtung 24 beaufschlagt wird, erfolgt gleichzeitig eine Beaufschlagung des anderen Antriebskolbens 14 in Rückhubrichtung und umgekehrt. Während des Arbeitshubes nimmt die Kupplungseinrichtung 28 selbsttätig ihre wirksame Stellung ein, so daß infolge der vorliegenden Klemmverbindung eine Mitnahme
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des Strangelementes 2 in der ersten Vorschubrichtung 3 erfolgt. Beim anschließenden Rückhub und in der Grundstellung befindet sich die Kupplungseinrichtung 28 in der unwirksamen Stellung, so daß das Strangelement 2 in Axialrichtung nicht beaufschlagt wird und insbesondere auch nicht versehentlich wieder zurückgezogen wird. Durch die
oben erwähnte, abgestimmte abwechselnde Beaufschlagung läßt sich eine Vorschubbewegung mit kaum merklichen Stillstandszeiten realisieren, da die eine erste Antriebsstufe ihre Rückhubphase zeitgleich oder schon vor dem Zeitpunkt abgeschlossen hat, zu dem die andere erste Antriebsstufe die Arbeitsphase beendet hat, so daß sich unmittelbar eine weitere Arbeitsphase anschließen kann. Bei ausreichend schneller Rückhubbewegung können sich die Arbeitsphasen sogar überschneiden, so daß sich eine zumindest annähernd kontinuierliche Vorschubbewegung erzeugen läßt.
Anhand der Fig. 2 bis 5 seien nachfolgend der Aufbau und die Wirkungsweise der Kupplungseinrichtung 28 näher erläutert.
Bevorzugt sitzt die Kupplungseinrichtung 28 im Innern eines jeweiligen Antriebskolbens 14. Die von dem Strangelement 2 axial durchsetzte Durchbrechung 32 des Antriebskolbens 14 verfügt auf der in Rückhubrichtung 25 weisenden Axialseite 33 über einen Längenabschnitt größeren Querschnittes,,; so daß sich ein das in die Antriebseinrichtung 1 eingeführte Strangelement 2 konzentrisch umgebender Aufnahmeraum 34 ergibt. In diesem Aufnahmeraum 34 sind mehrere über den Umfang des Strangelements 2 verteilt angeordnete Klemmelemente 35 aufgenommen, die vorzugsweise als Wälzelemente ausgebildet und beim Ausführungsbeispiel in Form von Kugeln gebildet sind. Die Klemmelemente 35
liegen unmittelbar an der Umfangsf1äche 36 des Strangelements 2 an.
Die den Klemmelementen 35 radial außen gegenüberliegende Begrenzungsfläche des Aufnahmeraumes 34 bildet eine ringsum laufende Abstützfläche 37. Sie hat einen sich in Rückhubrichtung 2 5 schräg nach innen verjüngenden konischen Verlauf, so daß sie sich in Rückhubrichtung 25 an die Umfangsf1äche 36 des Strangelements 2 annähert. Die radiale Breite des zur erwähnten Axialseite 33 offenen Aufnahmeraumes 34 ist geringfügig geringer als der Durchmesser der Klemmelemente 35, so daß diese nicht aus dem Aufnahmeraum 34 herausrutschen können. Mit zunehmender Entfernung von der Axialseite 33 in Arbeitsrichtung 24 nimmt die radiale Breite des Aufnahmeraumes 34 jedoch zu und kann den Durchmesser der Klemmelemente 35 übersteigen.
Um die Klemmelemente 35 relativ zueinander zu fixieren, sind sie in den Zwischenräumen 38 eines ringförmigen Käfigelementes 42 gehalten, das in dem Aufnahmeraum 34 aufgenommen ist.
Die Klemmelemente 35 sind in dem Aufnahmeraum 34 zwischen einer aus Fig. 3 ersichtlichen Klemmstellung und einer aus Fig. 2 ersichtlichen Freigabestellung axial verlagerbar. In der Klemmstellung sind sie zwischen der schrägen
Abstützfläche 37 und der Umfangsf1äche 36 des Strangelements 2 mit Keilwirkung eingespannt. Durch die kolbensei ti ge Abstützung wird hierbei eine radiale Klemmkraft auf das Strangelement 2 ausgeübt, so daß eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Antriebskolben 14 und dem Strangelement 2 vorliegt. In diesem Zustand liegt die wirksame Stellung der Kupplungseinrichtung 28 vor.
Die Ausübung einer Kraft auf die Klemmelemente 35 in Arbeitsrichtung 24 relativ zum Antriebskolben 14 verlagert sie in die Freigabestellung. Auf Grund des größeren radialen Spielraums mangelt es hierbei an einer Klemmwirkung, so daß sich das Strangelement 2 relativ zum betreffenden Antriebskolben 14 axial verschieben läßt. Dadurch ist gewährleistet, daß das Strangelement 2 von dem in der Rückhubphase oder in der Grundstellung befindlichen Antriebskolben 14 nicht blockiert wird, wenn es gleichzeitig von dem in der Antriebsphase befindlichen Antriebskolben der anderen Antriebsstufe beaufschlagt wird. In der Freigabestellung der Klemmelemente 35 liegt·· die unwirksame Stellung der Kupplungseinrichtung 28 vor.
Beim Ausführungsbeispiel sind die Klemmelemente 35 ständig in Richtung ihrer Klemmstellung vorgespannt. Zu diesem Zweck verfügt die Kupplungseinrichtung 28 über ein elastisch nachgiebiges Vorspannglied 43, das axial zwischen
dem Antriebskolben 14 und den Klemmelementen 35 wirkt. Beispielsgemäß ist es von einem Ringkörper aus Material mit gummielastischen Eigenschaften gebildet und ist koaxial zu dem Strangelement 2 angeordnet, wobei es axial zwischen den Klemmelementen 35 und einer kolbenfesten Stützwand 44 angeordnet ist, die sich im Bereich des inneren Endes des Aufnahmeraumes 34 befindet. Die Stützwand 44 ist vorliegend von einem in die Durchbrechung eingesetzten Ringelement gebildet. Um eine gleichmäßige Kraftübertragung zu gewährleisten, ist zwischen dem ringförmigen Vorspannglied 43 und dem Ring aus Klemmelementen 35 eine Übertragungsscheibe 45 angeordnet, die vorzugsweise Bestandteil des K-äf igel ements 42 ist.
Jeder Kupplungseinrichtung 25 ist vorzugsweise ein Löseelement 46 zugeordnet. Dieses ist am Gehäuse 7 der betreffenden Antriebsstufe 4, 4', 5, 5' festgelegt, und zwar bevorzugt an derjenigen Abschlußwand 12, an der der Antriebskolben 14 in der Grundstellung anliegt.
Das Löseelement 46 ist derart ausgebildet und angeordnet, daß es auf die Klemmelemente 35 einwirkt und diese in ihre Freigabestellung verlagert und hält, wenn der Antriebskolben 14 im Rahmen seiner Rückhubbewegung in die Nähe der Grundstellung gelangt und diese schließlich erreicht.
Das bei spielsgemäße Löseelement 46 ist hülsenartig ausgebildet und umschließt das Strangelement 2 koaxial, wobei es vorteilhafterweise gleichzeitig eine Führungsbuchse für das verschiebliehe Strangelement 2 bildet. Das buchsenähnliche Löseelement 46 ragt axial in den angrenzenden Beaufschlagungsraum 16 der betreffenden Antriebsstufe hinein. Seine Stirnfläche 47 liegt hierbei den Klemmelementen 35 axial gegenüber.
Auf Grund der geschilderten Ausgestaltung ist erreicht, daß die momentane Betriebsstellung der Kupplungseinrichtung 28 zum einen von der aktuellen Hubposition des Antriebskolbens 14 und zum anderen von der Verschieberichtung und der relativen Verschiebegeschwindigkeit bezüglich des Strangelements 2 abhängt.
Die regelmäßige Betriebsweise einer ersten Antriebsstufe beim Erzeugen einer Vorschubbewegung in der ersten Vorschubrichtung 3 ist folgende:
Zunächst ist der Antriebskolben 14 in der Grundstellung gemäß Fig. 2 gehalten. Dies geschieht durch Fluidbeaufsch!agung des einen Beaufschlagungsraumes 17, der auf der in Arbeitsrichtung 24 weisenden Seite des Antriebskolbens 14 angeordnet ist. Der Antriebskolben 14 ist dadurch in die Grundstellung vorgespannt. Dies hat zur Folge,
: i
daß die Kupplungseinrichtung 28 ihre unwirksame Stellung einnimmt, da die Klemmelemente 35 von dem in den Aufnahmeraum 34 hineinragenden Löseelement 46 entgegen der Stellkraft des Vorspanngliedes 36 in der Freigabestellung gehalten werden. Das Strangelement 2 ist nun frei beweglich und kann durch die andere erste Antriebsstufe verschoben werden.
Zeitgleich oder kurz bevor der Antriebskolben 14 der anderen ersten Antriebsstufe seinen Arbeitshub verrichtet hat, wird der vorerwähnte Beaufschlagungsraum 17 durch das zugeordnete Steuerventil 22 entlüftet, wobei gleichzeitig der der Axialseite 33 zugeordnete andere Beaufschlagungsraum 16 mit Betätigungsf1uid gespeist wird, so daß der Antriebskolben 14 in Arbeitsrichtung 24 beaufschlagt wird. Dies führt zu einer Verlagerung des Antriebskolbens 14 in Arbeitsrichtung 24, wobei nach kurzer Wegstrecke die Klemmelemente 35 außer Eingriff von dem Löseelement 46 gelangen. Dabei sorgt das Vorspannglied 43 gleichzeitig für eine verzögerungslose Annäherung der Klemmelemente 35 an die Abstützfläche 37 und somit für ein Verlagern in die Klemmstellung. Dadurch und bedingt durch die gleichzeitige weitere Verlagerung des Antriebskolbens 14 werden die Klemmelemente 35 zwischen der Abstützfläche 37 und der Umfangsf1äche 36 verkeilt bzw. verklemmt, so daß die gewünschte Mitnahmeverbindung zwischen dem Antriebskolben
14 und dem Strangelement 2 vorliegt. Bei weiterhin aufrechterhaltenem Betätigungsdruck in dem Beaufschlagungsraum 16 wirkt nun der Antriebskolben 14 als Antriebselement, das eine Vorschubkraft auf das Strangelement 2 ausübt.
Am Ende des Ausfahrhubes trifft der Antriebskolben 14 auf der gegenüberliegenden Abschlußwand 12 auf. Nun wird das Steuerventil 22 wieder umgeschaltet, so daß der Antriebskolben 14 mit einer Stellkraft in Rückhubrichtung 25 beaufschlagt wird. Dabei werden die Klemmelemente 35 auf Grund der zwischen ihnen und dem Strangelement 2 herrschenden Reibungskräfte geringfügig von der Abstützfläche 37 entfernt, oder es wird zumindest die Anpreßkraft reduziert, so daß die relative Rückhubbewegung des Antriebskolbens 14 mit Bezug zum Strangelement 2 möglich ist. Bei Erreichen der Grundstellung taucht das Löseelement 46 in den Aufnahmeraum 34 ein und zwingt die Klemmelemente 35 in eine von der Abstützfläche 37 entfernte Stellung, so daß ein versehentl i ches- Bl ocki eren des Strangelements 2 mit Sicherheit verhindert ist.
Als Beaufschlagungsmittel zur Erzeugung der Rückhubbewegung könnte auch eine in dem Beaufschlagungsraum 17 angeordnete Federeinrichtung vorgesehen sein, was allerdings den Verschleiß und die axiale Baulänge erhöhen und
die Möglichkeiten zur Beeinflussung der Kolbenstellung und insbesondere der Kolbengeschwindigkeit reduzieren würde.
Grundsätzlich kann eine beliebige Anzahl erster und zweiter Antriebsstufen 4, 4', 5, 51 vorgesehen sein, wobei sich die erzeugte Vorschubbewegung um so mehr einer kontinuierlichen Bewegung annähert, je mehr Antriebsstufen vorhanden sind, deren Antriebskolben sich in ihren Arbeitsbewegungen zeitlich überlappen.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Strangelement 2 das im Betrieb relativ zur Antriebseinrichtung verschobene Teil. Man könnte daher die Antriebseinrichtung auch als Stangenvorschub bezeichnen. Es wäre allerdings auch möglich, ein stationäres Strangelement 2 vorzusehen und die Antriebseinrichtung 1 als das im Betrieb relativ zum Strangelement 2 verschiebbare Teil auszubilden. Hier könnte die Antriebseinrichtung 1 beispielsweise als Transporteinrichtung eingesetzt werden, an der ein zu bewegender Gegenstand.festlegbar ist. Einsetzen, ließe sich eine solche Anordnung beispielsweise als Hebezeug, als Hublift, zum Stapeln von Paletten. Die Antriebseinrichtung 1 ließe sich auch als Betätigungseinrichtung vergleichbar einem Arbeitszylinder einsetzen, wobei das Strangelement 2 das Abtriebselement bildet, welches mit großem Hub verlagerbar ist, so daß sich teleskopähnliche Anwendungen verwirklichenließen.

Claims (15)

G 17 523 - les 12.06.1996 Festo KG, 73734 Essiingen Fluidbetätigte Antriebseinrichtung Ansprüche
1. Fluidbetätigte Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer relativen Vorschubbewegung zwischen der Antriebseinrichtung (1) und einem langgestreckten Strangelement (2), dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei für den Vorschub in einer ersten Vorschubrichtung (3) verantwortliches koaxial aufeinanderfolgend angeordnete und fest miteinander verbundene erste Antriebsstufen (4, 4') vorhanden sind, die jeweils über ein Gehäuse (7) und einen in dem Gehäuse (7) axial verschiebbar angeordneten Antriebskolben (14) verfugen, daß Beaufschlagungsmittel (22, 23, 18) vorhanden sind, um die Antriebskolben (14) der beiden ersten Antriebsstufen (4, 41) ausgehend von einer Grundstellung abwechselnd in einer gleichgerichteten Arbeitsrichtung (24) mit einem Betätigungsfluid zu beaufschlagen und zu einem Arbeitshub zu veranlassen, daß Beaufschlagungsmittel (22, 23, 18) vorhanden sind, um einen jeweiligen Antriebskolben (14) nach Beendigung des Arbeitshubes zu einem dem Arbeitshub entgegengesetzten Rückhub in die Grundstellung zu veranlassen, daß die
Antriebsstufen (4, 41) einschließlich ihrer Antriebskolben (14) von dem langgestreckten Strangelement (2) durchsetzt sind und daß die Antriebskolben (14) jeweils über eine Kupplungseinrichtung (28) verfugen, die zwischen einer eine relative Verschiebebewegung zwischen dem Antriebskolben (14) und dem Strangelement (2) ermöglichenden unwirksamen Stellung und einer wirksamen Stellung, in der der Antriebskolben (14) axial unverschieblich auf dem Strangelement (2) festgeklemmt ist, umschaltbar ist, wobei während der Grundstellung und während des Rückhubes die unwirksame Stellung und während des Arbeitshubes die wirksame Stellung vorliegt.
2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den beiden ersten Antriebsstufen (4, 4') zwei koaxial zu diesen aufeinanderfolgend angeordnete zweite Antriebsstufen (5, 51) vorgesehen sind, die eine der Ausgestaltung der ersten Antriebsstufen (4, 4') entsprechende, allerdings spiegelbildliche Ausgestaltung haben und die für den Vorschub in einer der ersten Vorschubrichtung (3) entgegengesetzten zweiten Vorschubrichtung (31) verantwortlich sind.
3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine jeweilige Kupplungseinrichtung (28) mindestens ein im Bereich des Außenumfanges (36) des
Strangelementes (2) angeordnetes, zwischen einer Klemmstellung und einer Freigabestellung bewegliches Klemmelement (35) aufweist, das sich in der Klemmstellung am Antriebskolben (14) abstützt und gegen den Außenumfang (36) des Strangelements (2) gedrückt wird.
4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine jeweilige Kupplungseinrichtung (28) mehrere über den Umfang des Strangelements (2) verteilt angeordnete, insbesondere als Wälzelemente ausgebildete Klemmelemente (35) aufweist.
5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmelemente (35) an ihrer dem Strangelement (2) radial entgegengesetzten Außenseite von einer am Antriebskolben (14) vorgesehenen schrägen Abstützfläche (37) flankiert sind, die sich in Richtung des dem Arbeitshub entgegengesetzten Rückhubes radial an das Strangelement (2) annähert, so daß die Klemmelemente (35) bei in Arbeitsrichtung (24) erfolgender Bewegung des Antriebskolbens (14) zwischen der Abstützfläche (37) und dem Strangelement (2) unter Einnahme der Klemmstellung eingeklemmt werden.
6. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine jeweilige Kupplungs-
einrichtung (28) ein elastisch nachgiebiges Vorspannglied (43) aufweist, durch das die Klemmelemente (35) in die Klemmstellung vorgespannt sind.
7. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (8) der jeweiligen Antriebsstufe (4, 41, 5, 51) ein Löseelement (46) vorgesehen ist, das in der Grundstellung des zugeordneten Antriebskolbens (14) auf die Kupplungseinrichtung (28) einwirkt und diese in der unwirksamen Stellung hält, in der die Mitnahmeverbindung zwischen dem Antriebskolben (14) und dem Strangelement (2) gelöst ist.
8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Löseelement (46) derart angeordnet ist, daß es nach einer gewissen, ausgehend von der Grundstellung in Arbeitsrichtung (24) erfolgenden Verlagerung des Antriebskolbens (14) außer Eingriff mit der Kupplungseinrichtung (28) gelangt, so daß diese in die wirksame Stellung umschaltet, in der die Mitnahmeverbindung zwischen dem Antriebskolben (14) und dem Strangelement (2) hergestellt ist.
9. Antriebseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Löseelement (46) mit den Klemmelementen (35) zusammenwirkt, die in der unwirksamen
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Stellung der Kupplungseinrichtung (28) ihre Freigabe-Stellung und in der wirksamen Stellung der Kupplungseinrichtung (28) ihre Klemmstel1ung einnehmen.
10. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß das Löseelement (46) von einem an einer axialen Abschlußwand (12) der jeweiligen Antriebsstufe (4, 41, 5, 51) angeordneten, das Strangelement (2) koaxial umgebenden hülsenartigen Bauteil gebildet ist, das in den den Antriebskolben (14) aufnehmenden Arbeitsraum (13) der Antriebsstufe (4, 4', 5, 5') axi al hi nei nragt.
11. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rückhub verursachenden Beaufschlagungsmittel (22, 23, 18) derart ausgebildet sind, daß sie eine in Rüekhubrichtung (25) erfolgende Beaufschlagung der Antriebskolben (14) mit einem Betatigungsf1uid ermöglichen.
12. Antriebseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsstufen (4, 41, 5, 51) jeweils nach Art doppeltwirkender Arbeitszylinder ausgebildetsind.
13. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeweiliger Antriebskolben (14) eine das Strangelement (2) koaxial umschließende Dichtungseinrichtung (27') trägt.
14. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
13, dadurch gekennzeichnet, daß das Strangelement (2) das im Betrieb relativ zur Antriebseinrichtung (1) verschobene Teil bildet.
15. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (1) das im Betrieb relativ zum Strangelement (2) verschobene Teil bildet.
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