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Linearantrieb
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Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb mit zwei zueinander mittels
eines Fluidantriebes beweglichen Teilen, von denen das eine Teil als Zylinder ausgebildet
ist und das andere Teil ein darin laufendes Kolbenteil aufweist, und mit einem in
eines der Teile integrierten Fluid-Steuerventil,
wobei das Fluid
von einem Anschluß einerseits über eine Leitung ungeregelt der einen Seite und andererseits
über das Steuerventil geregelt der anderen Seite des Kolbenteiles zugeführt wird.
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Ein derartiger Linearantrieb ist aus der DE-OS 37 25 399 bekannt.
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Der bekannte Linearantrieb ist ein Hydraulikantrieb. Das eine, als
Zylinder ausgebildete Teil weist an der vom anderen Teil abgewandten Stirnseite
einen Kopfabschnitt auf, in den der Hydraulikteil des Ventils, d.h. im wesentlichen
ein Steuerschieber mit zugehörigen Ringnuten und Anschlußkanälen integriert ist,
während das Steuerungsteil des Ventiles außen über die Stirnfläche des Kopfabschnittes
in etwa axialer Richtung des Linearantriebes übersteht.
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Rechtwinklig zur Längsachse des Linearantriebes sind seitlich an den
Kopfabschnitt drei überstehende Anschlüsse angesetzt, nämlich ein Druckanschluß,
der zu einer Druckversorgung führt, ein Rückflußanschluß, der zu einem drucklosen
Reservoir führt, sowie schließlich ein weiterer Anschluß, der mit dem Druckanschluß
unmittelbar verbunden ist und diesem diametral gegenübersteht. Der weitere Anschluß
steht ebenfalls weit nach außen vor. In diesem Bereich ist an ihn eine lange, starre
Rohrleitung angeschlossen, die sich neben dem als Zylinder ausgebildeten Teil und
parallel zu dieser erstreckt. Sie führt zur entgegengesetzten Stirnseite des als
Zylinder ausgebildeten Teiles und dort zu einem ebenfalls seitlich vorstehenden
Anschluß, der seinerseits zum Innenraum des als Zylinder ausgebildeten Teiles führt.
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Auf diese Weise wird über den Druckanschluß, den weiteren Anschluß,
die Rohrleitung und den Anschluß an der anderen Stirnseite die vom Steuerventil
abgewandte Seite des Kolbenteiles mit vollem Druck beaufschlagt. Die gegenüberliegende
Seite des Kolbenteiles, die dem Steuerventil zugewandt ist, wird hingegen mit einem
geregelten, verminderten Druck beaufschlagt, und zwar je nach Ansteuerung des Steuerventils.
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Der bekannte Linearantrieb ist so ausgebildet, daß die beiden einander
gegenüberliegenden wirksamen Oberflächen des Kolbenteiles unterschiedlich groß sind.
Der ungeregelte Druck wirkt dabei auf eine kleinere Fläche als der geregelte Druck.
Auf diese Weise ist es trotz des geringeren Drucks auf der geregelten Seite möglich,
den Kolben gegen die Kraft des ungeregelten Drucks, multipliziert mit der etwas
kleineren Fläche, auszulenken.
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Der bekannte Linearantrieb weist schließlich noch eine Lageregelung
auf, indem das mit dem Kolbenteil versehene bewegliche Teil axial aufgebohrt ist
und sich in diese axiale Bohrung eine Längenmeßeinrichtung in Gestalt eines Schiebepotentiometers
erstreckt, die fest mit dem als Zylinder ausgebildeten Teil verbunden ist. An dieser
Längenmeßeinrichtung kann demzufolge ein Signal abgegriffen werden, das der jeweiligen
Relativlage der beiden beweglichen Teile zueinander entspricht. Dieses Signal wird
über ein Anschlußkabel abgeführt und zu einem elektrischen Anschluß geleitet, der
ebenfalls seitlich aus dem Linearantrieb vorsteht.
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Der bekannte Linearantrieb, der, wie bereits erwähnt, ein Hydraulikantrieb
ist, hat jedoch den Nachteil, daß an seiner
Außenoberfläche eine
Pülle von Elementen vorsteht, und zwar vier Hydraulikanschlüsse, eine starre Hydraulik-Rohrleitung
sowie zwei Elektrikanschlüsse.
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Diese Nachteile machen sich besonders bemerkbar, wenn ein solcher
Linearantrieb bei Handhabungssystemen eingesetzt wird. Insbesondere dann, wenn der
Antrieb zum Antreiben der von einem Sockel am weitesten entfernt liegenden Achse
dient, bewegt sich der gesamte Linearantrieb schnell durch den Arbeitsraum des Handhabungssystemes,
so daß bei vorstehenden starren Elementen immer die Gefahr des Hängenbleibens oder
auch von Verletzungen der in der Nähe befindlichen Benutzer besteht. Außerdem besteht
bei zahlreichen vorstehenden Bauelementen in erhöhtem Maße die Gefahr von Verschmutzungen
und damit Störungen. Schließlich sind aber auch die Montage und die Instandhaltung
derartiger Antriebe erschwert, weil eine Fülle von Elementen, insbesondere die externe
Rohrleitung, zusätzlich montiert und justiert werden müssen, wobei die Vielzahl
der verwendeten Elemente ein weiteres Risiko für Betriebsstörungen darstellt.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Linearantrieb
der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß seine Oberfläche möglichst
frei von störenden Anschlüssen und Elementen ist, so daß bei einem Minimum von verwendeten
Bauelementen auch die Montage und Instandhaltung des Antriebes besonders einfach
zu bewerkstelligen sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leitung
als Kanal in dem das Steuerventil aufnehmenden Teil ausgebildet ist.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird damit vollkommen gelöst,
weil die wesentlichen störenden Bauelemente, nämlich die externe Verrohrung, völlig
entfällt, so daß einerseits keine störenden Elemente mehr seitlich vorstehen, andererseits
aber auch die Montage und Instandhaltung vereinfacht werden, weil sich die erforderlichen
Kanalverbindungen von selbst bei der Montage des Linearantriebes ergeben, wenn die
einzelnen Teile des Antriebes zusammengesetzt werden. Die "integrierte" Bauweise
ist auch für Pneumatik-Antriebe wegen der sehr geringen Leitungsvolumina geeignet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Steuerventil
in eine Bohrung des aufnehmenden Teiles eingesetzt und ragt ggf. nur mit seinem
elektrischen Steueranschluß aus diesem heraus.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß über die beim Stand der Technik
bekannte Anordnung hinaus nunmehr praktisch das gesamte Ventil sich innerhalb des
Außenumrisses des Linearantriebes befindet. Insbesondere dann, wenn der elektrische
Steueranschluß als versenkte Buchse ausgebildet ist, stehen damit keinerlei elektrische
Anschlußelemente mehr vor, wenn der Linearantrieb nicht im Einsatz ist. Er kann
damit problemlos gelagert und zur Montage gehandhabt werden, ohne daß die Gefahr
besteht, daß ein vorstehender elektrischer Steueranschluß irgendwo anstößt. Erst
bei Inbetriebnahme des Linearantriebes kann ein Stecker in die Buchse eingeführt
werden, so daß die erforderlichen Anschlüsse hergestellt sind.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist in an sich
bekannter
Weise eine zwischen den beiden Teilen wirkende Längenmeßeinrichtung mit zwei Sensorteilen
vorgesehen, von denen je einer mit einem der Teile verbunden ist.
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Bei einer Variante dieses Ausführungsbeispieles ist parallelachsig
zur Kolben/Zylinder-Führung der Teile mindestens eine Führungsstangen/Führungsbuchsen-Führung
vorgesehen, von denen eine als Sensor ausgebildet ist.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die bei einer derartigen Führungsstangen/Führungsbuchsen-Führung
ohnehin erforderlichen beiden gegeneinander beweglichen Teile als Sensorteile benutzt
werden, so daß keine zusätzlichen Elemente erforderlich sind, gleichzeitig jedoch
hervorragende Führungseigenschaften bestehen.
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Bei einer Variante des Ausführungsbeispieles führt von dem mit dem
als Zylinder ausgebildeten Teil verbundenen Sensorteil ein Anschlußkabel durch einen
in dem Teil ausgebildeten weiteren Kanal zu einem Anschluß, der neben dem Fluid-Anschluß
an einer Stirnseite des Teiles angeordnet ist.
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Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß alle Fluid-Anschlüsse und elektrischen
Anschlüsse sich an einer Stirnseite des Linearantriebes befinden und aus den vorstehend
genannten Gründen im anschlußlosen Zustand versenkt sind, so daß sich einerseits
im nicht-montierten Zustand eine völlig glatte Gesamtoberfläche entsteht, andererseits
aber im montierten Zustand alle Anschlüsse an einer Stirnseite angeordnet sind,
so daß die unbedingt erforderlichen Anschlüsse dort gesammelt abgeführt werden können,
während alle anderen Oberflächen anschlußfrei sind.
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Bei einer anderen Variante führt von dem mit dem als Kolben ausgebildeten
Teil verbunden Sensorteil ein Anschlußkabel in den Bereich einer Stirnseite dieses
Teiles.
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Diese Variante stellt eine Umkehr der zuvor erläuterten Variante dar
und eignet sich für solche Anwendungsfälle, bei denen es ratsam ist, die Sensoranschlüsse
an dem anderen beweglichen Teil abzuführen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten
Zeichnung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen
Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Linearantriebes;
Fig. 2 eine Darstellung wie Fig. 1, jedoch für eine Variante dieses Linearantriebes;
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung durch ein bei den erfindungsgemäßen
Linearantrieben verwendbares Steuerventil; Fig. 4a eine Schnittdarstellung entlang
der Linie A-A von Fig. 4b durch ein weiteres, insbesondere als Kurzhubantrieb geeignetes
Ausführungsbeispiel; Fig. 4b eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B von Fig.
4a.
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In Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt einen Linearantrieb, der aus zwei
zueinander beweglichen Teilen, nämlich einem ersten Teil 11 und einem zweiten leil
12 besteht. Das erste Teil 11 hat dabei die Funktion eines Zylinders und das zweite
Teil 12 die Funktion eines Kolbens.
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Das erste Teil 11 besteht in der Darstellung von Fig. 1 von oben nach
unten betrachtet aus vier nebeneinander angeordneten Abschnitten 13, 14, 15 und
16, die axial mittels einer in Fig. 1 nicht näher dargestellten Verschraubung zusammengehalten
sind.
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Der erste Abschnitt 13 und der zweite Abschnitt 14 sind von einer
axialen Bohrung 17 durchsetzt, die eine Lauffläche für das als Kolben ausgebildete
zweite Teil 12 bildet. Der erste Abschnitt 13 ist an seiner Stirnseite mit einer
Dichtung 18 versehen. Der zweite Abschnitt 14 weist einen axial verlaufenden ersten
Kanal 19 auf, der mit einer Öffnung 20 in die Bohrung 17 mündet, und zwar in der
Darstellung in Fig. 1 im oberen stirnseitigen Bereich des Linearantriebes 10.
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Der dritte Abschnitt 15 trägt in axialer Lage ein hülsenartiges erstes
Sensorteil 21, beispielsweise eine langgestreckte Spule o.dgl., also ein "aktives"
Sensorteil mit einer axialen Durchgangsbohrung 22. Vom ersten Sensorteil 21 führt
ein Anschlußkabel 23 durch einen zweiten Kanal 24, der sich durch den dritten Abschnitt
15 und den vierten Abschnitt 16 bis zur unteren Stirnseite des Linearantriebes 10
erstreckt. Außerdem weist der dritte Abschnitt 15 einen dritten, axial verlaufenden
Kanal 25 auf, der sich in den vierten Abschnitt 16 fortsetzt und dort in einer Stufenbohrung
26 mündet.
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Die Stufenbohrung 26 im vierten Abschnitt 16 verfügt über einen weiten
Abschnitt 27 und einen inneren, engen Abschnitt 28. Die Stufenbohrung 26 dient zur
Aufnahme eines Steuerventiles, wie dies weiter unten zu Fig. 3 noch erläutert wird.
In Fig. 1 sind mit 29 und 30 ein Steuerteil und ein Schieber dieses Ventiles angedeutet.
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An den engen Abschnitt 28, in dem der Schieber 70 läuft, sind in der
Darstellung von Fig. 1 von links ein Stichkanal 31 angeschlossen, der zum ersten
Kanal 19 führt, sowie ein Stichkanal 33, der zu einem vierten Kanal 32 führt, der
seinerseits ebenfalls in der unteren Stirnseite des Linearantriebes 10 mündet. Von
der rechten Seite mündet der dritte Kanal 25 in den engen Abschnitt 28.
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An der unteren Stirnseite des Linearantriebes 10 ist ein Druckluftanschluß
34 angeordet, der mit dem ersten Kanal 19 verbunden ist. Weiterhin ist dort ein
Ventil- und Sensor-Steueranschluß 35 vorgesehen, der mit dem Steuerteil 29 sowie
dem Anschlußkabel 23 verbunden ist. Schließlich befindet sich dort noch ein Abluft-Anschluß
36, der, wie aus Fig. 1 nicht näher ersichtlich, mit dem vierten Kanal 32 verbunden
ist.
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Das zweite Teil 12 weist an seinem oberen stirnseitigen Ende einen
Schraubkopf 40 zum Anschluß von zu bewegenden Elementen auf. Der Schraubkopf 40
geht an seiner Unterseite in eine Außenhülse 41 über, die auf dem ersten Sensorteil
21 des ersten Teiles 11 läuft. In axialer Lage weist die Außenhülse
41
ein zweites Sensorteil 42 auf, beispielsweise einen Längenmeßstab, der mit dem "aktiven'
ersten Sensorteil 21 zusammenwirkt.
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Schließlich befindet sich am unteren Ende der Außenhülse 41 ein Kolbenteil
43, das druckluftdicht in der Bohrung 17 des zweiten Abschnittes 14 läuft.
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Die Wirkungsweise des Linearantriebes gemäß Fig. 10 ist wie folgt:
Die über den Druckluft-Anschluß 34 zugeführte Druckluft strömt über den ersten Kanal
19 und die Öffnung 20 in den oberhalb des Kolbenteiles 43 liegenden Raum der Bohrung
17.
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Die dort wirksame Oberfläche des Kolbenteiles 43 ist mit einem Doppelpfeil
44 angedeutet. Weiterhin wird die ungeregelte Druckluft über den Stichkanal 31 dem
Schieber 30 des Steuerventiles zugeführt. Das Ventil wird derart betätigt, daß sich
im dritten Kanal 25 ein geregelt verminderter Druck einstellt. Dieser Druck wird
dem Raum der Bohrung 17 unterhalb des Kolbenteiles 43 zugeführt. Folie dort wirksame
Fläche des Kolbenteiles 43 ist mit einem Doppelpfeil 45 bezeichnet.
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Wie man leicht aus der Darstellung gemäß Fig. 1 erkennen kann, ist
die obere, durch den Doppelpfeil 44 charakterisierte wirksame Fläche kleiner als
die untere, durch den Doppelpfeil 45 charakterisierte Fläche. Demzufolge wird sich
trotz des im Absolutbetrag niedrigeren Druckes im unteren Raum der Bohrung 17 das
zweite Teil 12 geregelt nach oben oder nach unten bewegen, und zwar je nach Stellung
des Steuerventiles.
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Di Position des zweiten Teiles 12 relativ zum ersten Teil 11 wird
dabei kontinuierlich durch die Sensoranordnung, bestehend aus den Sensorteilen 21
und 42, erfaßt und in einer in Fig. 1 nicht dargestellten Lageregelung in Steuersignale
für das Steuerventil umgesetzt. Die beim Verstellen des Steuerventiles anfallende
Abluft wird über den Stichkanal 33, den vierten Kanal 32 und den Abluft-Anschluß
36 abgeführt. Der Abluft-Anschluß 36 braucht dabei nicht gesondert verrohrt oder
verschlaucht zu sein, es genügt vielmehr, wenn der Abluft-Anschluß 96 aus einem
geeigneten kleinen Sieb oder Filter besteht, durch das hindurch die Abluft ins Freie
strömt.
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Man erkennt insgesamt aus Fig. 1 deutlich, daß für den Linearantrieb
10 nur ein Druckluftanschluß bei 34 und ein Kabelanschluß bei 35 erforderlich ist.
Beide Anschlüsse befinden sich an der unteren Stirnfläche des Linearantriebes 10
und die übrige Oberfläche des Linearantriebes 10 ist vollkommen anschlußfrei. Insbesondere
wird die interne Verrohrung ausschließlich durch Zusammenfügen der Abschnitte 13
bis 16 "von selbst" hergestellt, weil die entsprechenden Kanäle, insbesondere der
erste Kanal 19 und der dritte Kanal 25, als fluchtende Bohrungen ausgebildet sind
und es daher keiner weiteren Verrohrung oder Verschlauchung bedarf.
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Somit ist die gesamte Oberfläche des Linearantriebes 10 mit Ausnahme
der unbedingt erforderlichen Anschlüsse vollkommen glatt und die eingangs erwähnten
Nachteile bekannter Linearantriebe sind vermieden.
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Fig. 2 zeigt in einer Variante einen Linearantrieb 10a, der sich vom
Linearantrieb 10 gemäß Fig. 1 lediglich darin
unterscheidet, daß
die Sensoranordnung auf den jeweils entgegengesetzten Teilen angebracht ist. Es
sind daher die Bezugszeichen in Fig. 2 lediglich durch Hinzufügen eines a gegenüber
den Bezugszeichen der Fig. 1 ergänzt worden.
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Der dritte Abschnitt 15a trägt bei diesem Ausführungsbeispiel das
zweite Sensorteil 42a, während die Außenhülse 41a des zweiten Teiles 12a das erste
Sensorteil 21a trägt.
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Demzufolge ist auch das Anschlußkabel 23a aus dem zweiten Teil 12a
herausgeführt.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist dort geeignet, wo der Anschluß
des Sensors aus speziellen Gründen zu dem Teil geführt werden muß, der oben an den
Schraubkopf 40a angeschlossen ist. Im übrigen entspricht die Funktion des Linearantriebes
10a vollkommen derjenigen des Antriebes 10 gemäß Fig. 1.
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In Fig. 3 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Ventiles 50
dargestellt, wie es bei sämtlichen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann.
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Das Steuerventil 50 gemäß Fig. 3 ist an sich bekannt und seine Einzelheiten
sind in der DE-OS 32 16 692 beschrieben, deren Offenbarungsinhalt durch diese Bezugnahme
zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
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Das Steuerventil 50 gemäß Fig. 3 ist ein 3/2 Wegeventil mit einer
äußeren Hülse 51, in der Ringnuten 52, 53 und 54 angebracht sind. Mit 55 ist eine
Druckluftversorgung, mit 56 ein Regelausgang und mit 57 ein Ablaufausgang angedeutet.
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Die Stellung des Schiebers 30 wird durch eine D*se-Prallplatte-Einheit
58 definiert, wie dies in der bereits zitierten DE-OS 32 16 692 in allen Einzelheiten
beschrieben ist.
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Schließlich zeigen die Fig. 4a und 4b noch ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Linearantriebes 60, der insbesondere als Kurzhubantrieb
geeignet ist.
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Auch der Linearantrieb 60 weist ein erstes Teil 61 und ein zweites
Teil 62 auf, die gegeneinander beweglich sind.
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Das erste Teil 61 verfügt über einen ersten Abschnitt 63 und einen
zweiten Abschnitt 64. Im oberen Teil des ersten Abschnittes 63 befindet sich eine
Dichtung 65. Der zweite Abschnitt 64 ist mit einer Zylinderbuchse 66 ausgekle det.
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Das zweite Teil 62 verfügt über einen Kopfabschnitt 67, in den in
radiale Richtung eine Stufenbohrung 68 zur Aufnahme eines Steuerventiles eingebracht
ist. An die Unterseite des Kopfabschnittes 67 schließt sich ein Stangenabschnitt
69 mit einem unten angesetzten Kolbenteil 70 an, der seinerseits mit einer Mutter
71 am Stangenabschnitt 69 fixiert ist. Die innere Oberfläche 72 der Zylinderbuchse
66 dient als Lauffläche für das Kolbenteil 70.
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Der Stangenabschnitt 69 weist zwei nebeneinanderliegende axiale Bohrungen,
nämlich einen ersten Kanal 73 nd einen zweiten Kanal 74, auf. Der erste Kanal 73
mündet in der Stirnseite des Stangenabschnittes 69, während der zweite Kanal 74
über einen Stichkanal 75 auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbenteiles 70 mündet.
Im Bereich der Stufenbohrung 68 erkennt man eine Anschlußbohrung 76, über die dem
Linearantrieb
60 Druckluft zugeführt werden kann. Schließlich ist mit 77 noch eine Kolbenbuchse
bezeichnet, die in der Dichtung 65 läuft und damit den Antrieb nach außen druckdicht
macht.
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In der Schnittdarstellung gemäß Fig. 4b erkennt man Führungsstangen
80, 81, die mit dem Kopfabschnitt 67 verbunden sind und in entsprechenden Führungsbuchsen
83, 84 des ersten Abschnittes 63 zusammenwirken.
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In der linken oberen Ecke ist mit 82 ein Sensor angedeutet, der die
zueinander beweglichen Teile der Führungsstange 81/-Führungsbuchse 84 ausnutzt,
um dort eine Längenmeßeinrichtung zu schaffen.
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Das Funktionsprinzip des Linearantriebes 60 gemäß Fig. 4a und 4b entspricht
demjenigen des Linearantriebes 10 gemäß Fig. 1, weil, wie aus Fig. 4a unmittelbar
ersichtlich, auch bei diesem Ausführungsbeispiel die wirksamen Flächen auf beiden
Seiten des Kolbenteiles 70 unterschiedlich groß sind.
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Die über die Anschlußbohrung 76, den Kanal 74 und den Stichkanal 75
zugeführte ungeregelte Druckluft wirkt auf die kleinere Fläche und die über den
Kanal 73 zugeführte geregelte Druckluft wirkt auf eine größere Fläche.
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Gemeinsam mit den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 2 ist jedoch
auch bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4a und 4b, daß die Außenkontur des
Linearantriebes 60 vollkommen glatt ist und nur die unbedingt erforderlichen Anschlüsse
für Druckluft und Steuerung im Stirnseitenbereich des Linearantriebes 60 vorstehen.
Eine besonders kurze Bauweise wird dabei dadurch erreicht, daß die Stufenbohrung
68 sich in radialer Richtung im Kopfabschnitt 67 befindet.