DE4028159A1

DE4028159A1 - Kolben/zylinder-einheit

Info

Publication number: DE4028159A1
Application number: DE19904028159
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Maier
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1990-09-05
Filing date: 1990-09-05
Publication date: 1992-03-12
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: DE4028159C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolben/Zylinder-Ein heit mit einem Zylinder, in dem mittels eines in den Zy linder einbringbaren Druckmittels der Kolben bewegbar ist, der wenigstens eine Kolbenstange aufweist, die eine nach geordnete Einheit antreibt.

Im Zuge der fortschreitenden Automatisierung besteht ein erhöhter Bedarf an Bewegungseinheiten, die eine Linearbe wegung eines anzutreibenden Elements ermöglichen, und insbesondere an Einheiten, die z. B. als Ein- bzw. Aussto ßer aus einem räumlich begrenzten Gebilde, beispielsweise einem mit Rohren, die als Speicherelement dienen, arbei tenden Zwischenspeicher, verwendet werden können.

Bekannte Linearbewegungseinheiten weisen beispielsweise eine Kolben/Zylinder-Einheit auf, deren Kolbenstange die Linearbewegung des Kolbens überträgt, und die mit einer nachgeordneten Einheit verbunden ist, die beispielsweise als Ein- bzw. Ausstoßer dient.

Eine gattungsgemäße Kolben/Zylinder-Einheit, die bei spielsweise als Linearbewegungseinheit in Verbindung mit Industrierobotern o. dgl verwendbar ist, ist in der DE-OS 37 44 638 beschrieben, auf die im übrigen zur Erläuterung aller hier nicht näher erläuterten Begriffe ausdrücklich Bezug genommen wird.

Ferner ist es bekannt, für derartige Zwecke Spindel-ange triebene Lineareinheiten zu verwenden.

Den bekannten Bewegungseinheiten ist gemeinsam, daß Bau länge der eigentlichen Bewegungseinheit in Richtung der zu erzeugenden Linearbewegung wenigstens so groß wie der Hub ist, den die nachgeordnete bzw. angetriebene Einheit über streichen soll. Wird eine derartige bekannte Bewegungsein heit zum Antrieb eines Ein- bzw. Ausstoß-Elementes verwen det, so ergibt sich damit ein Platzbedarf in Bewegungs richtung, der das Zweifache des überstrichenen Hubes über steigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bewegungs einheit anzugeben, die beispielsweise zum Antrieb eines Ein- bzw. Ausstoß-Elements verwendet werden kann, und deren Platzbedarf in Bewegungsrichtung des angetriebenen Elements deutlich geringer als das Zweifache des überstri chenen Hubes ist.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patent anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Überraschenderweise kann die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe dadurch gelöst werden, daß von einer Kolben/Zylin der-Einheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgegangen wird.

Erfindungsgemäß wird die gattungsgemäße Kolben/Zylinder- Einheit dadurch weitergebildet, daß die Kolbenstange we nigstens einen flexiblen Abschnitt aufweist, der derart umgelenkt ist, daß die Bewegungsrichtung des freien Endes der Kolbenstange mit der Zylinder-Längsachse einen Winkel ungleich 0° einschließt. Durch diese erfindungsgmäße Aus bildung sind die Abmessungen der gesamten Einheit in Rich tung der Bewegung des freien Endes der Kolbenstange nicht mehr durch die Addition der Baulänge der Kolben/Zylinder- Einheit und des von der Kolbenstange überstrichenen Weges gegeben.

Wird beispielsweise die Kolbenstange um 90° umgelenkt (An spruch 10), so ist die Baulänge der erfindungsgemäß wei tergebildeten Kolben/Zylinder-Einheit im eingefahrenen Zustand der Kolbenstange im wesentlichen nur noch durch den Biegeradius des flexiblen Abschnittes der Kolbenstange gegeben, während bei ausgefahrener Kolbenstange die Bau länge durch die Addition des Biegeradius und des von der Kolbenstange überstrichenen Weges gegeben ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben:

Gemäß Anspruch 2 weist die Kolbenstange im Anschluß an den Kolben einen ersten starren Abschnitt, dessen Länge wenig stens der Ausfahrlänge der Kolbenstange entspricht, und einen zweiten flexiblen Abschnitt auf, der in einem Bogen geführt ist, und dessen Länge wenigstens um die Bogenlänge größer als die Ausfahrlänge ist. Durch diese Ausbildung ist es beispielsweise möglich, den flexiblen Abschnitt an eine handelsübliche Kolben/Zylinder-Einheit anzuflanschen und aufgrund des Rückgriffs auf Standard-Kolben/Zylinder- Einheiten bei geringen Kosten eine Linearbewegungseinheit mit minimierter Baulänge in Bewegungsrichtung zu erhalten.

Darüberhinaus wird durch diese Weiterbildung die techni sche Ausgestaltung der eigentlichen Kolben/Zylinder-Ein heit vereinfacht, da der flexible Abschnitt der Kolben stange nicht in den Zylinder eintaucht. Hierzu ist es gemäß Anspruch 5 bevorzugt, wenn das dem Zylinder zuge wandte Ende des Bogens von der Stirnfläche des Zylinders einen Abstand hat, der in etwa gleich der Ausfahrlänge des Kolbens ist. Durch diese Ausbildung wird zusätzlich die Baulänge in Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des angetriebenen Elements minimiert.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Kolben/Zylinder-Einheit kann für beliebige (Antriebs)-Zwecke eingesetzt werden; insbesondere ist die erfindungsgemäß ausgebildete Kolben/ Zylinder-Einheit in der Automatisierungstechnik von Vor teil:

So kann sie neben dem Antrieb von Werkzeugen für beliebige Handhabungsaufgaben zum Ein- bzw. Ausschieben von Produk ten insbesondere aus rohrähnlichen Speichern, oder aus übereinander gestapelten Blechen bzw. Paletten verwendet werden.

Dabei ist es selbstverständlich auch möglich, die Kolben stange mehrfach umzulenken bzw. abzuwinkeln, so daß die eigentliche Kolben/Zylinder-Einheit beispielsweise unter einer Auflage für eine Palette bzw. ein sogenanntes Hor denblech angeordnet werden kann. In jedem Falle ist es jedoch bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße Kolben/Zylin der-Einheit senkrecht steht, da in der Regel in Richtung zur Raumdecke der Platz weniger beschränkt als parallel zum Boden ist.

Unabhängig von der speziellen Ausbildung ist es jedoch von Vorteil, wenn gemäß Anspruch 3 der zweite flexible Ab schnitt mit einem weiteren Abschnitt, beispielsweise einem dem jeweiligen Einsatzfall angepaßten Greifer bzw. Aktua tor verbunden ist, der die nachgeordnete Einheit antreibt.

Durch die im Anspruch 4 angegebene Weiterbildung, gemäß der der flexible Abschnitt in der Führung mit einem mö glichst kleinen Radius umgelenkt wird, wird der Raumbedarf in Bewegungsrichtung weiter minimiert, da dieser - wie einleitend bereits ausgeführt - im wesentlichen durch die Addition der Ausfahrlänge der Kolbenstange und des Biege radius gegeben ist.

Als flexibler Abschnitt der Kolbenstange können grundsätz lich beliebige Teile verwendet werden, die zweiachsig (Anspruch 6) oder einachsig (Anspruch 8) flexibel sind:

So kann der flexible Abschnitt im Falle zweiachsig flexib ler Elemente aus einer Druckfeder mit innenliegendem Zug seil, aus Gliederelementen, einem Gummistrang oder einem Schlauch sowie im Falle einachsig flexibler Elemente aus einer Kette, einem Scharnierband, einer Blattfeder, aus einem Bandstahl, aus einem Textil- oder Gummiband bzw. aus Flachgummi bestehen (Ansprüche 7 bzw. 9). Die Führung ist natürlich der jeweiligen Ausführung der Elemente anzu passen.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des all gemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1a und b eine herkömmliche Kolben/Zylinder-Einheit im ausgefahrenen und im eingefahrenen Zustand,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Kolben/Zylinder-Einheit, und

Fig. 3a bis c Ausbildungen des flexiblen Abschnitts im Längs- bzw. Querschnitt.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Kolben/Zylinder-Einheit, die einen Zylinder 1 aufweist, in dem ein nicht darge stellter Kolben durch entsprechende Beaufschlagung mit einem Druckmittel bewegbar ist. Der Kolben kann ein ein fach- oder ein doppelt-wirkender Kolben sein, an dem we nigstens eine Kolbenstange 2 angebracht ist.

Im in Fig. 1b gezeigten eingefahrenen Zustand besitzt die Kolben/Zylinder-Einheit die Länge L1, während sie im aus gefahrenen Zustand (Fig. 1a) die Länge
L3=L1+L2≈2,2_*L2
besitzt; hierbei ist L2 die Ausfahrlänge der Kolbenstange 2.

Anders ausgedrückt hat eine herkömmliche Kolben/Zylinder- Einheit mit einer Ausfahrlänge L2 der Kolbenstange einen Platzbedarf in Bewegungsrichtung der Kolbenstange von mehr als dem Zweifachen der Ausfahrlänge.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Kolben/Zylinder-Ein heit, die ebenfalls einen Zylinder 1 aufweist, in dem ein normaler, nicht-dargestellter Kolben mit einer Ausfahr länge L2 bewegbar ist. An der Kolbenstange 2 ist ein fle xibles Element 3 angebracht, das in einer Führung 4 ge führt und in einem Bogen von 90° mit dem Krümmungsradius R umgelenkt ist. An dem flexiblen Element 3 ist ein auf die jeweilige Aufgabenstellung abgestimmtes Kolbenende 5 ange bracht, das ein beliebiger Aktuator sein kann.

In Bewegungsrichtung des Kolbenendes 5 (x-Richtung) hat die erfindungsgemäße Kolben/Zylinder-Einheit die Länge
L₅=L₄+L₂≈1,2_*L₂,
wobei die Länge L₄ vom Biegeradius R abhängt. Diese dras tische Reduzierung des Platzbedarfes in Bewegungsrichtung wird durch die Umlenkung des flexiblen Abschnittes 3 der Kolbenstange erreicht, da der nicht zum Ein- bzw. Aus schieben, sondern nur zu der Übertragung der Kolbenbewe gung benötigte Teil der Kolbenachse nicht mehr in der Linearachse X-X, sondern - bei dem dargestellten Ausfüh rungsbeispiel - senkrecht hierzu, also in der Achse Y angeordnet ist.

Selbstverständlich sind aber auch andere Umlenkwinkel möglich, durch die aber in der Regel der Platzbedarf in Bewegungsrichtung des Kolbenendes 5 erhöht wird.

Fig. 3a bis 3c zeigt eine Ausbildung des flexiblen Ab schnittes der Kolbenstangen:

Bei dem in den Fig. 3a und 3b gezeigten Ausführungsbei spiel besteht der flexible Abschnitt aus einer Druckfeder 6 mit innenliegendem Zugseil 7, die in einer Führung 8 geführt sind. Insbesondere um den erfindungsgemäß ausge bildeten Kolben zum Antreiben von mit dem Endabschnitt der Kolbenachse fluchtenden Einrichtungen verwenden zu können, muß der Kolben im Schiebebetrieb, d. h. beim Ausfahren des Kolbens, geführt werden. Hierzu ist es bevorzugt, wenn die Führung der Kolbenstange diese mehr als hälftig bis ganz seitig umschließt, wobei bevorzugt der Umschließungswinkel größer als 110° ist. Dabei kann insbesondere ein rundes Rohr 8 als Führung verwendet werden, es können jedoch - wie insbesondere die Schnittdarstellung in Fig. 3b zeigt - auch andere geometrische Formen, die sich an dem Produkt und/oder der Aufgabe orientieren, gewählt werden.

Fig. 3c zeigt in einer Querschnittsdarstellung eine Aus führungsform für ein flexibles Element, das nicht zwei achsig flexibel wie beispielsweise die vorstehend be schriebene Druckfeder mit innenliegendem Zugseil ist, sondern einachsig flexibel ist. Ein derartiges Element ist beispielsweise eine Kette, ein Gliederband, ein Schar nierband, eine Blattfeder, ein dünner Bandstahl, sowie die unterschiedlichsten Bänder einschließlich Flachgummi. Damit genügt als Führung 8′ eine einseitige Begrenzung in der Ebene geringster Stabilität, die beispielsweise - wie Fig. 3c zeigt - aus zwei beliebig geformten Blechen, die bevorzugt jedoch in etwa parallel zueinander verlaufen, bestehen kann. Im Falle anderer flexibler Elemente sind selbstverständlich auch anderes ausgebildete Führungen denkbar.

Vorstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedan kes beschrieben worden, innerhalb dessen selbstverständ lich die verschiedensten Abwandlungen möglich sind: So ist es selbstverständlich möglich, in der Kolbenstange auch Energie- und Signalleitungen zu führen, wie dies in der DE-OS 37 44 628 beschrieben ist.

Claims

1. Kolben/Zylinder-Einheit mit einem Zylinder, in dem mittels eines in den Zylinder einbringbaren Druckmittels der Kolben bewegbar ist, der wenigstens eine Kolbenstange aufweist, die eine nachgeordnete Einheit antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange wenigstens einen flexiblen Abschnitt aufweist, der derart umgelenkt ist, daß die Bewegungsrichtung des freien Endes der Kol benstange mit der Zylinder-Längsachse einen Winkel << 0° einschließt.

2. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange im Anschluß an den Kolben einen ersten starren Abschnitt, dessen Länge wenigstens der Ausfahrlänge (L₂) der Kolbenstange ent spricht, und einen zweiten flexiblen Abschnitt aufweist, der in einem Bogen geführt ist, und dessen Länge wenig stens um die Bogenlänge größer als die Ausfahrlänge ist.

3. Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite flexible Abschnitt mit einem weiteren Abschnitt verbunden ist, der die nach geordnete Einheit antreibt.

4. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt in Führung derart geführt ist, daß er mit einem möglichst kleinen Radius umgelenkt wird.

5. Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Zylinder zugewandte Ende des Bogens von der Stirnfläche des Zylinders einen Abstand hat, der in etwa gleich der Ausfahrlänge (l₂) des Kolbens ist.

6. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt 2- achsig flexibel ist.

7. Einheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt aus einer Druckfeder mit innenliegendem Zugseil, aus Glieder elementen, einem Gummistrang oder einem Schlauch besteht.

8. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt 1- achsig flexibel ist.

9. Einheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt aus einer Kette, einem Scharnierband, einer Blattfeder, aus dünnem Bandstahl, aus einem Textil oder Gummiband bzw. einem Flachgummi besteht.

10. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt um 90° umgelenkt wird.