DE3941748C2 - Elektro-pneumatische oder -hydraulische Linear-Antriebsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektro-pneumatische oder -hy­ draulische Linear-Antriebsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, wie sie beispielsweise in der fein­ mechanischen Fertigung zur Bearbeitung und Montage von Ein­ zelteilen verwendet wird.

Bisher sind beispielsweise derartige Antriebsvorrichtungen bekannt, bei denen ein in einem Antriebszylinder bewegbarer Kolben fest mit einer Kolbenstange verbunden ist, wobei an der Kolbenstange auch Endanschläge gegenüber einem Führungs­ rahmen vorgesehen sein können. Die Steuerung des Antriebszy­ linders erfolgt über Magnetventile, welche jedoch getrennte Baueinheiten darstellen. Wird ein solcher Linearantrieb an einem Werkzug angebracht, muß also das Magnetventil getrennt montiert und individuell verdrahtet werden. Außerdem müssen die Schlauchverbindungen vom Magnetventil zum Antriebszylin­ der jeweils einzeln hergestellt werden. Wegen der häufig gro­ ßen Entfernung zwischen Magnetventil und Antriebszylinder er­ geben sich dabei auch lange Reaktionszeiten, was den Arbeits­ takt verlangsamt. Ferner ist es erforderlich, daß ein vom Li­ nearantrieb bewegtes Maschinenteil oder Werkzeug in seinen jeweiligen Endpositionen abgetastet wird. Dies erfolgt bei herkömmlichen Anlagen wiederum durch zusätzlich einzeln ange­ brachte Abtastvorrichtungen, welche ebenfalls wieder indivi­ duell mit Signalleitungen verdrahtet werden müssen. Durch diese vielen Einzelteile mit ihren eigenen Verdrahtungen und Verschlauchungen ergibt sich nicht nur eine komplizierte und unübersichtliche Konstruktion der Werkzeuganordnung, sondern die Montage selbst wird schwierig und zeitaufwendig, was sich insbesondere auch bei Reparaturen und Umrüstungen einer solchen Fertigungsanlage nachteilig auswirkt.

Aus der DE 34 10 973 A1 ist eine Antriebsvorrichtung der ein­ gangs genannten Art bekannt, welche ein Gehäuse mit einer Laufbohrung für einen Kolben und mit einer dazu parallelen Führungsbohrung für eine mit der Kolbenstange verbundene Füh­ rungsstange aufweist. Es handelt sich dort also um eine ver­ hältnismäßig komplizierte Konstruktion mit spezieller Ausge­ staltung von Gehäuse und Kolbenanordnung, die keine Varia­ tionsmöglichkeit bietet. Die am Gehäuse vorgesehenen Sensoren und Endschalter müssen einzeln verdrahtet werden, und die Druckmittelsteuerung für den Antriebszylinder muß extern er­ folgen.

Das gleiche gilt auch für einen Linearmotor, der in der DE 36 09 605 A1 beschrieben ist. Auch dort ist ein Spezialgehäu­ se gezeigt, welches einen Arbeitszylinder und eine dazu par­ allele Führungseinrichtung aufweist, wobei ein mit der Kol­ benstange verbundener Schlitten an Führungsrippen des Gehäu­ ses verschiebbar geführt ist. Auch diese komplexe Konstruk­ tion besitzt keine Variationsmöglichkeiten, und die Druckmit­ telsteuerung muß extern vorgenommen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Linear-Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Grundaufbau in Anpassung an den jeweiligen Anwendungszweck variiert werden kann und zugleich eine vereinfachte Montage in einer Werkzeuganordnung ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Anwendung der kenn­ zeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Linear-Antriebsvorrichtung ist der Antriebszylinder mit der Antriebsstange nicht nur mit Hubbe­ grenzungselementen, sondern auch mit Positionsfühlern, der Ventileinrichtung und den zugehörigen Leitungen zu einer kom­ pakten Einheit verbunden, die als solche leicht und schnell montiert werden kann. Da die Ventileinrichtung mit zu dieser kompakten Einheit gehört, sind die internen Schlauchleitungen vom Ventil zum Zylinder sehr kurz, wodurch auch kurze Reak­ tionszeiten der Bewegungen und damit niedrige Taktzeiten er­ reichbar sind. Da die Positionsfühler in der Antriebseinheit enthalten sind, brauchen sie nicht in der Werkzeugkonstruk­ tion vorgesehen zu werden, so daß diese Konstruktion über­ sichtlicher und einfacher in der Montage wird. Dabei entfällt auch die individuelle interne Maschinenverdrahtung, wodurch wiederum Montagearbeiten eingespart und die Aufbauzeit der Maschine verringert werden. Die Werkzeuge können von den An­ trieben getrennt aufgebaut werden. Sie sind leicht zu koppeln und auszuwechseln. Durch entsprechend lange Koppel- bzw. An­ triebsstangen können die Antriebe von den anzutreibenden Werkzeugen an einen geeigneten, meist dezentralen Platz au­ ßerhalb des Werkzeugs verlegt werden. Auch dadurch wird die Übersicht verbessert und die Wartung der Maschinen erleich­ tert.

Das Führungselement besitzt in einer zweckmäßigen Ausgestal­ tung die Form eines Bügels, welcher in zwei Führungsschenkeln die Antriebsstange führt. Zur Hubbegrenzung dienen zweckmäßi­ gerweise auf der Antriebsstange verstellbar befestigte An­ schlagelemente, beispielsweise Anschlagmuttern, die auf einem Gewindeabschnitt der Antriebsstange verstellt werden können und die ihrerseits an den als Hubbegrenzungselemente wirken­ den Führungsschenkeln anschlagen. Diese Anschlagmuttern kön­ nen gleichzeitig zur Positionsmessung mit verwendet werden, wenn beispielsweise in den Führungsschenkeln jeweils berüh­ rungslose Annäherungsschalter vorgesehen sind, welche bei An­ näherung eines Anschlagelementes ansprechen. Mit dem Füh­ rungselement ist zweckmäßigerweise eine Trägerplatte verbun­ den, welche die Ventileinrichtung, vorzugsweise Magnetven­ tile, sowie eine Klemmleiste für die Signal- und Steuerlei­ tungen trägt. Die nach außen gehenden elektrischen Leitungen können zu einem Kabel zusammengefaßt und mittels eines Viel­ fachsteckers an ein Steuergerät angekoppelt werden. Zum An­ schluß des Strömungsmediums dient zweckmäßigerweise eine Schlauchkupplung.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ge­ stalteten elektro-pneumatischen Linear-Antriebsvorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Werkzeuganordnung mit mehreren Li­ near-Antriebsvorrichtungen.

Die in Fig. 1 gezeigte Linear-Antriebsvorrichtung besitzt ei­ nen Druckluftzylinder 1, an dessen Enden 1a und 1b jeweils ein Drucklufteingang über ein Drossel-Rückschlagventil 2 vorgesehen ist. Der nicht sichtbare Kolben bewegt eine Kolbenstange 3, welche mit einer Koppelstange 4 verbunden ist. Die Kolbenstange 3 und die Koppelstange 4 werden hier gemeinsam als Antriebs­ stange bezeichnet; diese Antriebsstange könnte beispielsweise auch aus einem Teil bestehen. Vorteilhaft ist jedoch die Zwei­ teilung, da die Koppelstange somit leicht auswechselbar ist, je nach Anwendungsfall also eine mehr oder weniger lange Koppel­ stange eingesetzt werden kann. Mit einem Gabelkopf 5 kann die Koppelstange schließlich an ein zu betätigendes Teil, bei­ spielsweise ein Werkzeug, angekoppelt werden.

Ein bügelförmiges Führungselement 7 ist mit einem Befestigungs­ schenkel 8 fest mit dem Zylinder 1 verbunden, und zwar derart, daß die Antriebsstange 3 bzw. 4 durch die zwei Führungsschenkel 9 und 10 verlauft, zwischen diesen aber frei liegt. Zumindest der Führungsschenkel 10 bildet eine Gleitlagerung in Form einer Gleitbuchse 11 für die Koppelstange 4. Im Bereich zwischen den beiden Führungsschenkeln 9 und 10 weist die Koppelstange 4 ei­ nen Gewindeabschnitt 12 auf, auf welchem zwei Anschlagmuttern 13 und 14 verstellbar angeordnet sind. Bei der Linearbewegung der Antriebsstange schlagen die Muttern 13 und 14 jeweils an den Führungsschenkel 9 bzw. 10 und bilden damit eine Hubbegren­ zung für die Antriebsbewegung. Außerdem sind in dem Führungs­ element 7 zwei berührungslose Annäherungsschalter 15 und 16 derart eingebaut, daß sie jeweils die Annäherung einer An­ schlagmutter 13 bzw. 14 an ihre Endstellung detektieren, also in den Endpositionen des Antriebshubes ansprechen.

An dem Führungselement 7 ist außerdem eine Trägerplatte 17 be­ festigt, welche ein Magnetventil 18 und eine Klemmleiste 19 trägt. Das Magnetventil ist über kurze interne Schlauchleitun­ gen 20 mit den Rückschlagventilen 2 verbunden. Extern ist es über eine Versorgungsleitung 21 an eine Druckluftversorgung an­ schließbar. Diese Versorgungsleitung ist beispielsweise über eine nicht dargestellte Schnellkupplung an das Magnetventil an­ schließbar. Die Klemmleiste dient zur Ankopplung der Signallei­ tungen 22 von den berührungslosen Schaltern 15 bzw. 16 und der Steuerleitungen 23 für das Magnetventil 18 an ein nach außen geführtes Kabel 24, das mittels eines Vielfachsteckers 25 schnell und einfach an ein Steuergerät anschließbar ist.

Im Betrieb ist der Zylinder mit dem Ansatz 26 an einem Lager befestigt. Je nach Ansteuerung des Magnetventils 18 wird Druck­ luft in das Ende 1a oder in das Ende 1b des Zylinders einge­ führt, so daß sich die Koppelstange 4 nach rechts oder nach links bis zum jeweiligen Anschlag bewegt. Das Erreichen der Endstellung wird über einen berührungslosen Schalter 15 bzw. 16 festgestellt und über die Signalleitungen gemeldet. In einem Steuergerät kann dieses Signal ausgewertet werden, beispiels­ weise zur Umschaltung des Magnetventils oder zur Betätigung eines anderen Werkzeugs.

Ein Beispiel für die Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Linear-Antriebsvorrichtung ist in Fig. 2 gezeigt. Dort ist vereinfacht und schematisch ein Schnitt durch eine Führungs­ schiene 30 gezeigt, auf welcher beispielsweise über einen Hebel 31 ein Anker 32 auf ein Magnetsystem 33 aufgesetzt wird. Zum Halten, Deformieren und Bewegen der verschiedenen Einzelteile können jeweils elektro-pneumatische Linear-Antriebsvorrichtun­ gen verwendet werden. In Fig. 2 sind beispielshalber vier der­ artige Antriebsvorrichtungen gezeigt, nämlich die Antriebsvor­ richtungen 40, 50, 60 und 70. Jede dieser Antriebsvorrichtungen besitzt einen Antriebszylinder 41, 51, 61 bzw. 71, eine An­ triebsstange 42, 52, 62 bzw. 72 und ein Führungselement 43, 53, 63 bzw. 73. Je nach dem notwendigen Hub können unterschiedlich lange Zylinder, Antriebsstangen und Führungselemente verwendet werden. So sind beispielsweise der Antriebszylinder 41 und das Führungselement 43 länger als die übrigen Zylinder und Füh­ rungselemente. Die Antriebsstange 72 der Antriebsvorrichtung 70 ist beispielsweise sehr lang, um die Antriebsvorrichtung 70 weit von der Montagevorrichtung selbst entfernt anbringen zu können. Obwohl hier die Einzelheiten der Konstruktion dieser Montagevorrichtung und deren Funktion nicht weiter gezeigt und erläutert werden sollen, ist aus Fig. 2 doch zu erkennen, daß durch die hier verwendeten Linear-Antriebsvorrichtungen die ei­ gentliche Montagevorrichtung sehr übersichtlich und leicht zu­ gänglich ist, da sie frei gehalten wird von Konstruktionsteilen der Antriebe, Verdrahtungen, Druckluftschläuchen und Positions­ fühlern. All diese Dinge sind in den einzelnen Antriebsvorrich­ tungen dezentral angeordnet, wobei die Antriebsvorrichtungen lediglich mit ihrer Antriebsstange in den eigentlichen Montage- oder Bearbeitungsbereich hineingreifen.

Claims (10)

1. Elektropneumatische oder -hydraulische Linear-Antriebsvor­ richtung mit
einem Antriebszylinder (1), der an ein unter Druck stehendes Strömungsmittel anschließbar ist, derart, daß in Abhängigkeit von dem jeweils angelegten Druck ein im Zylinder (1) gelager­ ter Kolben wahlweise nach der einen oder nach der anderen Seite verschoben wird,
einer mit dem Kolben verbundenen, außerhalb des Zylinders zu­ sätzlichen geführten Antriebsstange (3, 4),
ferner mit Hubbegrenzungseinrichtungen (9, 10, 13, 14) für die Antriebsstange und mit Positionsfühlern (15, 16) zur Er­ fassung der jeweiligen Endposition der Antriebsstange (3, 4),
dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem Antriebszylinder ein Führungselement (7) verbun­ den ist, welches in Verlängerung des Antriebszylinders (1) mindestens einen von diesem entfernten Führungsschenkel (10) für die Antriebsstange (3, 4) aufweist,
daß die Antriebsstange (3, 4) selbst Anschlagelemente (13, 14) trägt, welche mit Hubbegrenzungselementen (9, 10) des Führungselementes (7) und mit den im Führungselement befe­ stigten Positionsfühlern (15, 16) zusammenwirken und
daß das Führungselement (7) eine Ventileinrichtung (18) trägt, welche das über eine einzige externe Versorgungslei­ tung (21) ankommende Strömungsmittel über interne Steuer­ schläuche (20) wahlweise dem Antriebszylinder (1) zuführt, wobei lediglich die Steuerleitungen (23) für die Ventilein­ richtung und die Signalleitungen (22) der Positionsfühler (15, 16) mit einer übergeordneten Steuereinrichtung verbunden werden müssen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement die Form eines Bügels (7) besitzt und in zwei Führungsschenkeln (9, 10) die Antriebsstange (3, 4) führt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Hubbegrenzung auf der Antriebsstange (3, 4) verstellbar befestigte Anschlagelemente (13, 14) dienen, welche an den auch als Hubbegrenzungselemente wirkenden Führungsschenkeln (9, 10) anschlagen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Antriebsstange (3, 4) einen Gewindeab­ schnitt (12) aufweist, auf welchem die als Anschlagmuttern (13, 14) ausgebildeten Anschlagelemente (13, 14) zur Hubbe­ grenzung sitzen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anschlagelemente (13, 14) im Bereich zwischen den beiden Führungsschenkeln (9, 10) sit­ zen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Positionsfühler jeweils ein berührungsloser Annäherungsschalter (15, 16) an jedem Füh­ rungsschenkel (9, 10) angeordnet ist, der jeweils bei Annähe­ rung eines Anschlagelementes (13, 14) anspricht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Führungselement (7) eine Trägerplatte (17) verbunden ist, auf welcher die Ventil­ einrichtung (18) sowie eine Klemmleiste (19) für die Signal- und Steuerleitungen (22, 23, 24) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß je nach dem erforderlichen Hub unterschiedliche Arbeitszylinder (41, 51, 61, 71) sowie Führungselemente (43, 53, 63, 73) mit unterschiedlichen Abstän­ den zwischen den Führungsschenkeln einsetzbar sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedlich lange An­ triebsstangen (3, 4; 42, 52, 62, 72) einsetzbar sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsstange durch eine mit dem Kolben verbundene Kolbenstange (3) und eine mit der Kolbenstange verbindbare Koppelstange (4) gebildet wird.