EP0536233B1

EP0536233B1 - Vorrichtung zum antrieb eines in axialer richtung hin- und herbewegbaren werkzeuges

Info

Publication number: EP0536233B1
Application number: EP91912127A
Authority: EP
Inventors: Hans-Werner Meixner
Original assignee: Pi-Patente (gmbh) Entwicklung und Verwertung GmbH; Pi Patente GmbH
Current assignee: Pi-Patente (gmbh) Entwicklung und Verwertung GmbH; Pi Patente GmbH
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1991-06-20
Publication date: 1995-02-22
Anticipated expiration: 2011-06-20
Also published as: DE4020776A1; CA2086431A1; JP2534420B2; EP0536233A1; DK0536233T3; US5337565A; JPH05507428A; DE4020776C2; CA2086431C; DE59104721D1; ATE118860T1; AU8069191A; WO1992000460A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb eines in axialer Richtung hin- und herbewegbaren Werkzeuges.
Derartige Werkzeuge und Antriebe sind bekannt, beispielsweise als Preßlufthämmer, Preßluftmesser und dergleichen mehr, welche nach diesem Prinzip arbeiten. Diese Antriebe verursachen selbst im Leerlauf sehr viel Geräusch, auch wenn man nur eine geringfügige Kraft für den Antrieb wünscht. Bei den bekannten Antrieben läßt ferner das Gewicht und das Volumen des Werkzeuges im Verhältnis zur Leistung zu wünschen übrig, und das Werkzeug erfordert deshalb zu seiner Bedienung einen großen manuellen Kraftaufwand.
Aus der FR-A 2 402 127 ist ein Telemotorsystem bekannt, bei dem ein Antriebsaggregat einen Kolben in einem Zylinder bewegt, der auf eine Ölsäule wirkt, welche auf einen Kolben in einem Zylinder eines Arbeitsgerätes wirkt und zum Beispiel die Schneide einer Heckenschere bewegt. Die Rückführung des Geberzylinderkolbens mit Anlage an die kraftausübende Kurvenscheibe erfolgt durch die auf die Kolben wirkenden Federn. Da Federn zu träge arbeiten, lassen sich derartige Antriebe nur für Werkzeuge mit geringer Hubfrequenz verwenden. Andernfalls treten Abhebungen und Schläge zwischen Kolben und Nockenscheibe auf. Bei schneller Hubfrequenz, zum Beispiel größer als 12 Hz, kommt es ferner zu Ausgasungen im Öl. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Kraftübertragung zwischen antreibendem Motor und angetriebenem Werkzeug stark beeinträchtigt. Außerdem besteht bei derartigen Ausgasungen die Gefahr des Auftretens von Kavitationserscheinungen. Der Wirkungsgrad zwischen dem An- und Abtrieb einer solchen Anlage ist verhältnismäßig schlecht, da die gesamte Arbeitsleistung des Antriebes während eines Arbeitszyklusses in der ersten Hälfte des vollen Zyklusses erbracht werden muß. Außerdem ist in dieser ersten Hälfte des Arbeitszyklusses die abzugebende Motorleistung nicht linear verteilt. Vielmehr steigt sie proportional bis zum Ende des ersten halben Arbeitszyklusses an, um dann nach Überwindung dieses Punktes auf fast Null zurückzufallen. In der zweiten Hälfte des vollen Zyklusses wird deshalb fast keine Motorleistung übertragen.
Ähnliche Systeme mit denselben Nachteilen zeigen die AU-A-490,039 und CH-A-267 482.
Gemäß der AU-A-490,039, die eine Vorrichtung mit den in den Oberbegriffen der unabhängigen Ausprüche 1 und 2 definierten Merkmalen zeigt, wirkt eine Exzenterscheibe über einen Kugellagerring auf einen Kolben, welcher eine Ölsäule gegen den Druck einer Feder im Arbeitszylinder betätigt, oder es werden gemäß Fig. 5 zwei gegenläufig arbeitende Antriebseinrichtungen von der Exzenterscheibe derart beaufschlagt, daß zwei Ölsäulen auf die entgegengesetzten Seiten des Antriebskolbens für das Werkzeug wirken. Ein derartiger Antrieb hat den Nachteil, daß die Ölsäule oder die Ölsäulen kurzzeitig bei jedem Arbeitstakt einem ungewollten Unterdruck unterworfen werden, insbesondere, wenn eine schnelle Oszillation des Arbeitszylinderkolbens gewünscht wird, so daß Kavitationserscheinungen auftreten. Sind zwei gegenläufig arbeitende Ölsäulen vorgesehen, arbeiten diese, da sie nicht vollkommen inkompressibel sind und darüber hinaus durch die Druckschwankungen in den Leitungen Querschnittsänderungen in den Leitungen bewirken mit einer zeitlichen Verzögerung, welche für die Erzeugung einer schnellen Oszillationsbewegung nicht tragbar ist, weil bei schneller Oszillation in dem Antrieb Schläge auftreten und/oder wieder der vorgenannte Effekt der Kaviation, welches beides zu einer vorzeitigen Zerstörung der Anlage führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antrieb mit schnell oszillierender Hubfrequenz und hohem Wirkungsgrad zwischen Antrieb (Motor) und Abtrieb (Werkzeug) anzugeben, der so ausgestaltet ist, daß das Werkzeug als leichtes, volumenmäßig kleines, jedoch sehr kraftvolles Handgerät vorteilhaft zu handhaben ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 oder 2 gelöst.
Die Ansprüche 1 und 2 lösen gleichzeitig folgende Unteraufgaben:

a) eine hohe Antriebskraft mit hohem Wirkungsgrad zu schaffen in Form einer axial oszillierenden schnellen Hubfrequenz,
b) die Antriebskraft auf ein Handgerät zu übertragen ohne Übertragung des Gewichtes des Antriebes auf das Handgerät,
c) beim Abtrieb ein besonders gutes Verhältnis zwischen Gewicht und Volumen und der freizusetzenden Kraft zu schaffen,
d) die Kraftübertragung hindernden Kavitationen (Ausgasungen aus dem Medium) weitgehendst zu vermeiden. Darüber hinaus ermöglichen die Lösungen gemäß den Ansprüchen 1 und 2 auch
e) ein leichtes Auswechseln des Werkzeuges,
f) ein nahezu geräuschloses Arbeiten des Antriebes und auch
g) ein erschütterungsfreies Arbeiten. Ferner ist der Antrieb
h) leicht zu reinigen, und er kann
i) auch unter Wasser benutzbar sein.

Die Unteraufgabe a) ist Voraussetzung für einen wirtschaftlich und ökonomisch sinnvollen Antrieb, der so ausgestaltet werden kann, daß er mit größtmöglichstem Wirkungsgrad arbeitet.
Die Unteraufgabe b) dient dazu, ein Handgerät antreiben zu können, bei dem das Gewicht des Antriebes auf das Handgerät nicht übertragen wird, so daß das Handgerät bei der gewünschten Leistung nicht übermäßig schwer wird, und in Verbindung mit

c) das Werkzeug auch berufsmäßig, beispielsweise als Entbeinmesser benutzen zu können, und zwar über einen längeren, ununterbrochenen Arbeitszeitraum, ohne daß der Benutzer (Metzger) durch das Gewicht oder eine schlechte Griffigkeit eines solchen Werkzeuges (Messers) ermüdet.

Der erfindungsgemäße Antrieb soll gerade umgekehrt bewirken, daß die Handhabung des Werkzeuges wesentlich erleichtert wird.
Die Lösung der Unteraufgabe d) bewirkt, weil einmal in jedem hydraulischen Übertragungssystem Kavitationen vermieden werden sollen und weil sich besonders bei dem erfindungsgemäßen Antrieb Kavitationen leistungsmindernd auf das Handgerät auswirken würden, daß diese Erscheinungen nicht auftreten.
Die Lösung der Unteraufgabe e) bewirkt ein schnelles und leichtes Wechseln, beispielsweise der Schneidklinge eines Metzgermessers, weil derartige Messer häufig nachgeschliffen werden müssen und das Messer mit dem eigentlichen Messerantrieb während dieser Zeit nicht dem Arbeitsgang entzogen werden soll.
Die Lösung der Unteraufgabe f) dient dazu, eine Lärmbelästigung, welche für den Benutzer störend und insbesondere gesundheitsschädlich ist, zu vermeiden, und die Lösung der Unteraufgabe

g) bewirkt, eine Ermüdung verursachende Vibrationen, welche darüber hinaus als unangenehm empfunden werden, auf ein Mindestmaß herabzusenken.

Die Lösung der Unteraufgabe h) ist zweckmäßig, weil beispielsweise ein Messer einschließlich des Antriebes gereinigt werden muß und eine solche Reinigung zweckmäßig durch Eintauchen in die Reinigungsflüssigkeit (Wasser) während des Laufes vorgenommen wird.
Die Lösung der Unteraufgabe i) bewirkt schließlich, daß das Werkzeug (Messer) auch unter Wasser benutzt werden kann, ohne daß der Benutzer befürchten muß, einen elektrischen Stromschlag zu erhalten.
Weitere den Unteransprüchen zu entnehmende Merkmale zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen zur Lösung von Nebenaufgaben, wie die Hubfrequenz, die Hubhöhe und die Kraft auch während des Betriebes des Werkzeuges (Messers) einstellen zu können.
Insgesamt ist der Antrieb die Voraussetzung dafür, daß ein schnell oszillierendes Handgerät mit hohem Wirkungsgrad von wesentlicher wirtschaftlicher Bedeutung und besonderer Benutzerfreundlichkeit geschaffen werden kann.
Ist für den Antrieb des Kolbens des Geberzylinders ein Elektromotor vorgesehen, so wirkt dieser vorteilhaft auf die wenigstens eine Exzenterscheibe, um diese in Drehung zu versetzen. Die Exzenterscheibe trägt dann auf ihrem Umfang zweckmäßig das Kugellager, dessen innere Schale mit der Exzenterscheibe verbunden ist, vorteilhaft auf den Umfang der Scheibe aufgeschrumpft ist, sich also mit der Exzenterscheibe dreht, und dessen äußere Schale drehfest ist, aber eine lineare Bewegung ausführen kann, derart, daß der an ihr angelenkte Kolben des Geberzylinders eine von der Exzenterscheibe erzwungene sowohl Hin- als auch Herbewegung ausführt.
Der Kolben des Geberzylinders kann aber auch mit seiner Kolbenstange seitlich an der Exzenterscheibe angelenkt sein.
Der erfindungsgemäße Antrieb hat den Vorteil, daß sowohl die Kraft als auch die Frequenz und der Hub des Kolbens des Arbeitszylinders leicht regelbar ist. Die Frequenz wird durch die Drehzahl des Antriebsmotors bestimmt. Der maximale Hub wird durch die Ausbildung der Exzenterscheibe vorbestimmt. Eine genaue Regulierung und Absenkung des Hubes ist durch die anhand der Zeichnung beschriebenen Maßnahmen möglich. Die Kraft bestimmt vornehmlich der Druck der verdrängten Flüssigkeit. Diese Kraft ist durch ein Überdruckventil regelbar. Damit ist der Antrieb äußerst vielseitig verwendbar. Einzelheiten hierzu können den Unteransprüchen und der Beschreibung von Ausführungsbeispielen entnommen werden.
Ein weiterer Vorteil ist, daß der Geberzylinder nicht nur den Kolben eines Arbeitszylinders antreiben kann, sondern durch Verzweigung der Übertragungsleitungen gleichzeitig auch auf eine Vielzahl von Kolben wirken kann, welche je ein Werkzeug antreiben.
Da bei hydraulischen Antrieben häufig ein Verlust des Übertragungsmittels, nachfolgend der Einfachheit halber als Öl bezeichnet, eintritt, ist zwischen Geberzylinder und Arbeitszylinder oder mit dem Arbeitszylinder selbst verbunden eine automatische Ölnachfülleinrichtung mit einer Entlüftungseinrichtung vorgesehen.
Die Verbindungsschläuche zwischen Geberzylinder und Arbeitszylinder sind zweckmäßig mit leicht lösbaren Steckkupplungen für den jeweiligen gewünschten Anschluß versehen, so daß ein Werkzeug ohne Ölverlust mit seinem speziellen Antrieb leicht gegen ein anderes austauschbar ist.
Jeder Arbeitskolben weist darüber hinaus wenigstens eine Gegendruckfeder auf, welche dem Öldruck beim Verschieben des Kolbens im Geberzylinder entgegenwirkt. Darüber hinaus wirkt auf den Kolben des Arbeitszylinders weiterhin der äußere Luftdruck und verstärkt die Wirkung der Gegendruckfeder. Damit wird die Ölsäule zwischen dem Kolben des Geberzylinders und dem Kolben des Arbeitszylinders, ohne daß jemals während eines Arbeitstaktes das Öl einen vorbestimmten Mindestdruck unterschreitet und dadurch Kavitationserscheinungen auftreten, hin- und hergeschoben. Diese Maßnahme trägt wesentlich dazu bei, eine schnell oszillierende Frequenz der Ölsäule zu ermöglichen.
Bei einstellbarem Öldruck (Kraft) und einstellbarer Hubhöhe und Hubfrequenz läßt sich darüber hinaus eine äußerst genaue Feineinstellung für die Hin- und Herbewegung des angeschlossenen Werkzeuges gewährleisten. Die Gegendruckfeder läßt sich darüber hinaus dazu benutzen, beispielsweise das Werkzeug am Arbeitszylinderkolben anzukuppeln, wodurch ein einfaches Auswechseln des Werkzeuges ermöglicht wird.
Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1: den schematischen Aufbau der Anlage;
Fig. 2: ein geändertes Ausführungsbeispiel;
Fig. 3: einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2;
Fig. 4: ein geändertes Ausführungsbeispiel;
Fig. 5: ein geändertes Ausführungsbeispiel;
Fig. 6: ein geändertes Ausführungsbeispiel;
Fig. 7: ein geändertes Ausführungsbeispiel;
Fig. 8: ein geändertes Ausführungsbeispiel.

Gemäß Fig. 1 ist ein Elektromotor 1 vorgesehen, der eine Welle 2 antreibt, welche in Kugellagern 3, 4 läuft. Auf der Welle 2 ist eine Exzenterscheibe 5 fest angeordnet, welche sich um die Antriebsachse A-A der Welle dreht. Der Exzenter 5 trägt ein Kugellager 6, dessen innere Schale 6a vorteilhaft auf die Exzenterscheibe 5 aufgeschrumpft ist. Die Kugeln laufen zwischen der Schale 6a und einer äußeren Schale 7, welche nicht drehbar ist. Die Schale 7 ist jedoch in Richtung der Linie B-B hin- und herbewegbar. Sie ist mit einer Kolbenstange 7a gelenkig verbunden. Die Kolbenstange 7a trägt einen Kolben 8 und bewegt diesen in einem Geberzylinder 9 hin und her.
Im Arbeitsraum 10 hinter dem Kolben 8 befindet sich als Übertragungsmittel Öl, das mit Hilfe einer automatischen Ölnachfülleinrichtung 11 dem Arbeitsraum 10 zugeführt worden ist und bei einem Ölverlust selbsttätig nachfüllt. Außerdem weist die Ölnachfülleinrichtung 11 in ihrem Deckel eine Be- und Entlüftungseinrichtung 12 auf. Der Arbeitsraum 10 weist ferner eine Austrittsöffnung 12a für das Öl auf. Bei Vorwärtsbewegung des Kolbens 8 (in Fig. 1 nach rechts) wird das Öl über die Austrittsöffnung 12a in eine Schlauchleitung 14 gedrückt. Die Schlauchleitung 14 ist biegsam, aber in ihrem Querschnitt und ihrer Längsausdehnung fast unbeeinflußbar. Eine Medienvordruckschraube 40 wirkt auf das Zylindervolumen, um einen minimalen Druckverlust durch Dehnung des Schlauches auszugleichen. Das Übertragungsmittel Öl wird bei Vorwärtsbewegung des Kolbens 8 einem Arbeitszylinder 20 zugeführt. In der Leitung 14 ist eine Schnellkupplung 15 vorgesehen, um unterschiedliche Verbindungen zu unterschiedlichen Arbeitswerkzeugen herstellen zu können. Die Schnellkupplung ist druckempfindlich und verhindert beim Auswechseln des Anschlusses eines anderen Werkzeuges einen Ölverlust. Der Arbeitszylinder 20 weist einen Kolben 22 auf, auf den das Öl beim Vorlaufen des Kolbens 8 wirkt, derart, daß der Kolben 22 sich in Richtung des Pfeiles 24 bewegt. Bewegt sich der Kolben 8 im Geberzylinder 9 zurück, daß heißt in Richtung auf den Exzenter zu, wird der Öldruck in der Leitung 14 gemindert. Es entsteht ein Unterdruck im Arbeitsraum 23 des Zylinders 20, so daß sich dieser zurückbewegt, das heißt in Fig. 1 nach rechts. Am Kolben 22 ist das zu bewegende Werkzeug (nicht dargestellt unter Zuhilfenahme einer Feder 25 befestigt. Damit die Bewegung des Werkzeuges und damit des Kolbens 22 mit der gewünschten Schnelligkeit erfolgt, wirkt die Feder gleichzeitig als Gegendruckfeder auf den Arbeitskolben 22. Durch Einstellen des Druckes in der Ölleitung 14, zum Beispiel mit Hilfe eines Überdruckventiles, kann eine äußerst genaue Regelung der Kraft des Werkzeuges bewirkt werden. Die Kraft der Feder ist so bemessen, daß sie die Vorwärtsbewegung des Kolbens und damit des Werkzeuges nicht behindert, andererseits aber eine genügend schnelle Rückführung des Kolbens 22 gewährleistet.
Mit Hilfe der Stellschraube 40 wird gleichzeitig das Volumen des komprimierten Öles verändert, so daß eine größere oder geringere Menge an Öl in die Leitung 14 bei jeder Vorwärtsbewegung des Kolbens 8 gedrückt wird und damit eine Hubregelung möglich ist.
Gemäß Fig. 2 ist der hin- und herbewegbare Kolben 8 in Fig. 1 durch einen Kolben 41 ersetzt, welcher eine Schrägfläche 42 aufweist. Bei dieser Ausbildung verschließt der Kolben 41 die Einlaßöffnung 43 für die Nachfülleinrichtung 11, je nach Neigung der Schrägfläche früher oder später. Die Stellschraube 40a ist zusätzlich mit dem Kolben 41 verbunden, derart, daß der Kolben um seine Achse B-B gedreht werden kann, so daß sich die Neigung der Schrägfläche 42 zur Öleinlaßöffnung 43 ändert. Das heißt, bei einer Hin- und Herbewegung des Kolbens wird die Einlaßöffnung 43 in Abhängigkeit von der Neigung der Schrägfläche geöffnet oder geschlossen. Gemäß Fig. 3 weist die Stellschraube 40a für die Einstellung der Neigung der Schrägfläche zwei Nocken 50, 51 auf, welche in entsprechenden Ausnehmungen des Kolbens liegen und diesen beim Drehen der Schraube 40a um die Achse B-B verdrehen. In gewünschter Position wird die Stellschraube arretiert.
In geänderter Ausführung können gemäß Fig. 6 mehrere Einlaßöffnungen 43a, 43b, 43c hintereinanderliegend vorgesehen sein, welche der Kolben bei seiner Bewegung nacheinander verschließt. Hierdurch kann die Flüssigkeitsverdrängung und damit die Hubbewegung des Arbeitskolbens 22 ebenfalls geregelt werden, indem die Stellschraube nunmehr nacheinander eine oder mehrere der Einlaßöffnungen verschließt. Die Schrägfläche des Kolbens braucht hierzu nicht vorgesehen zu sein. In jedem Fall muß aber eine der vorgesehenen Einlaßöffnungen stets geöffnet sein.
Gemäß Fig. 4 ist die Anlage gleichzeitig für mehrere Arbeitszylinder ausgelegt, beispielsweise für Arbeitszylinder 31 bis 36, wie schematisch dargestellt, indem die Verbindungsleitungen in den Punkten 52 bis 57 verzweigt worden sind. Die Wirkungsweise ist dieselbe.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Geberzylinder 9 und 65 vorgesehen sind. Der Kolben 8 des Geberzylinders 9 wird wiederum durch die Exzenterscheibe 5 hin- und herbewegt. Der Kolben 66 des Geberzylinders 65 wird von einer Exzenterscheibe 64 entsprechend angetrieben. Die Scheibe 5 ist ebenso wie die Scheibe 64 mit einem zugeordneten Kolben 8, 66 verbunden. Die Exzenterscheiben 5 und 66 sind auf der Welle 2 des Elektromotors 1 um 180° versetzt angeordnet, so daß dann, wenn der Kolben 8 sich in der rechten Stellung im Zylinder befindet, der Kolben 66 in der linken Stellung des Zylinders 65 liegt, das heißt, die Kolben 8 und 66 arbeiten gegenläufig. Der Kolben 8 drückt Öl durch die Leitung 14 in den Arbeitsraum 23 des Zylinders 27. Der Kolben 66 drückt Öl über die Leitung 67 in den Raum 68 vor dem Kolben 22 (komplementärer Arbeitsraum). Der gegenläufige Öldruck in den Räumen 23 und 68 drückt jetzt den Kolben 22 hin und zurück. Die Feder für die Rückführung des Kolbens kann damit entfallen.
Fig. 7 zeigt ein geändertes Ausführungsbeispiel. Die Geberzylinder 9 und 65 der Fig. 5 sind über die Leitungen 14 und 67 mit zwei Arbeitszylindern 20 und 70 verbunden. Je eine Leitung 14, 67 ist einem der Arbeitszylinder 20, 70 zugeordnet. Die Kolben 22, 71 der Arbeitszylinder 20, 70 wirken auf eine Platte 72 oder einen Hebel, welcher um eine Achse 73 in Richtung des Pfeiles 76 hin- und herbewegbar ist. Die Platte 72 wirkt auf das Werkzeug, so daß dieses wieder die oszillierende Bewegung ausführt. Diese Ausbildung hat den Vorteil gegenüber der Ausbildung nach Fig. 5, welche dasselbe bewirkt, daß die Ölzuleitungen auf der dem Werkzeug abgewandten Seite in die Arbeitszylinder münden.
Gemäß Fig. 8 wirkt der Geberzylinder 9 über die Leitung 14 auf den Arbeitszylinder 20 unter Zwischenschaltung eines druckempfindlichen Umschaltventiles 75. Vom Ventil 75 geht als zweiter Weg eine Leitung 74 ab, welche in die Nachfülleinrichtung 11 mündet. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende:
Bewegt sich der Kolben des Zylinders 9 nach rechts, dann drückt er das aus dem Nachfüllbehälter 11 zugeströmte Öl über die Leitung 14, das jetzt offene Ventil 75 in den Zylinder 20 und bewegt dessen Kolben ebenfalls nach rechts. Bewegt sich der Kolben im Zylinder 9 nach links, entsteht in der Leitung 14 ein Unterdruck. Das Ventil 75 verbindet jetzt den Zylinder 20 mit einer Leitung 74, welche in den Ölnachfüllbehälter 11 mündet. Da der Kolben des Zylinders 9 die Öffnung des Ölnachfüllbehälters freigibt, saugt der Kolben aus dem Nachfüllbehälter 11 Öl an, welches über die Leitung 74 nachströmt, und zwar aus dem Arbeitsraum des Zylinders 20. Bewegt sich der Kolben 9 nach rechts, schaltet das Ventil 75 um, so daß die Verbindung der Leitungen 14 zum Arbeitszylinder wieder gegeben ist. Bei dieser Ausbildung befindet sich das Öl in einem Kreislauf und nicht in einer ausschließlichen oszillierenden Bewegung. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß das Öl beispielsweise gekühlt werden kann, indem es durch eine Kühleinrichtung strömt.
Diese Ausbildung eignet sich ferner für eine genaue Krafteinstellung für die Bewegung des Werkzeuges, wenn man die Druckbeaufschlagung des Ventiles 75 geeignet wählt oder einstellt.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in folgenden Merkmalen gesehen:
Dadurch, daß der Kolben des Geberzylinders an der Kurvenscheibe 5 kraftschlüssig angelenkt ist, wird er vom Antriebsmotor 1 hin- und herbewegt. Er schiebt demzufolge die Ölsäule in der Leitung 14 entsprechend hin und her und drückt somit einmal auf den Kolben 22 des Arbeitszylinders und saugt zum anderen die Ölsäule wieder zurück und damit den Kolben 22. Diese rückwärtige Bewegung wird durch die auf den Kolben 22 wirkende Feder 25 wesentlich unterstützt, außerdem durch den äußeren Luftdruck, welcher auf den Kolben 22 wirkt.
Die erfindungsgemäße Ausbildung zeigt die weiteren Vorteile:
Das Gewicht und das Volumen können aufgrund des gewählten Antriebes in einem überaus günstigen Verhältnis zur übertragenden Kraft stehen. Beträgt das Gewicht des Arbeitszylinders mit Kolben etwa 40 Gramm bei einer Hublänge von 12 bis 13 Millimetern und wird der Kolben mit einer Frequenz von zehn Hertz bewegt, dann wird je Hub eine Kraft von 100 Kilogramm erzeugt, und zwar durch den Antrieb eines Elektromotors von 750 Watt.
Wie sich ebenfalls aus dem obigen Zahlenbeispiel ergibt, arbeitet der Antrieb mit einem außergewöhnlich hohen Wirkungsgrad. Dies ist dadurch begründet, daß die Arbeitsleistung des Antriebmotors durch die kraftschlüssige Übertragung der Drehbewegung der Motorwelle während einer gesamten Umdrehung fast gleichmäßig sowohl als Vorwärtsals auch als Rückwärtsbewegung auf den Kolben des Geberzylinders übertragen wird.
Der Antrieb arbeitet fast geräuschlos. Die Ankupplung einer Arbeitseinheit ist leicht möglich durch die Schnellkupplung 15 in der Übertragungsleitung 14. Die Verbindung unterliegt so gut wie keiner Abnutzung. Durch die Kupplung wird ermöglicht, das Arbeitsgerät schnell gegen ein anderes Arbeitsgerät auszuwechseln.
Die Vibration in dem oszillierenden Arbeitsgerät, welche sich normalerweise bei herkömmlichen Anlagen, zum Beispiel bei einem Antrieb mit Preßluft stets auf das Arbeitsgerät überträgt, wird hier durch die Öldrucksäule als Antriebsmittel von der Arbeitseinheit abgeleitet. Dadurch ist das Arbeitsgerät selbst fast vibrationsfrei.
Zu diesen Vorteilen trägt auch bei, daß der eigentliche Antrieb, das heißt die Geberzylindereinheit und die Arbeitszylindereinheit nicht starr, sondern durch einen biegsamen Schlauch miteinander verbunden sind, so daß sich die Belastungen und insbesondere das Gewicht der Gebereinheit nicht auf die Arbeitseinheit überträgt.
Selbst für höchste Kraftübertragungen sind nur kleine Schlauchquerschnitte für die Übertragungsleitung notwendig.
Bei dem oben angegebenen Kraftgewichtsbeispiel ist nur ein Schlauch von fünf Millimetern Außendurchmesser erforderlich. Durch das geringe Gewicht und den dünnen flexiblen Zuleitungsschlauch ist eine hervorragende Handhabung jeder Arbeitseinheit, wie oben bereits erwähnt, möglich.
Da die Antriebseinheit dicht ist, kann sie auch bei Geräten verwendet werden, die unter Wasser laufen oder zumindest mit Flüssigkeit gereinigt werden.
Die gesamte Anlage ist fast wartungsfrei und hat eine sehr hohe Lebenserwartung.
Die Anlage ist leicht herzustellen. Die Herstellungskosten sind gering, und zwar wesentlich billiger als eine Preßluftanlage oder dergleichen in gleicher Leistungsgröße.
Die Arbeitseinheit ist nicht direkt mit elektrischem Strom verbunden, so daß auch ein Unterwasserbetrieb möglich ist.
Selbst bei hoher Kraftübertragung ist der Arbeitszylinder, welcher mit dem Werkzeug unmittelbar verbunden ist, immer noch sehr klein.
Ein weiterer Vorteil ist der, daß die Hubfrequenz, die Hubhöhe und die Kraft der Werkzeugeinheit stufenlos und unabhängig voneinander auch während des Betriebes geregelt werden können.
Für einfache Anwendungen kann eine beliebige Flüssigkeit als Übertragungsmittel Verwendung finden.

Bezugszahlen

1: Elektromotor
2: Welle
3: Kugellager
4: Kugellager
5: Exzenterscheibe
6: Kugellager
6a: innere Schale
7: äußere Schale
7a: Kolbenstange
8: Kolben
9: Geberzylinder
10: Arbeitszylinder
11: Ölnachfülleinrichtung
12: Be- und Entlüftungseinrichtung
12a: Austrittsöffnung für das Öl
14: Schlauchleitung
15: Schnellkupplung
20: Arbeitszylinder
22: Kolben im Arbeitszylinder
23: Arbeitsraum
24: Pfeil
25: Feder
26: Gegendruckfeder
27: Zylinder
28: Gelenkstück
29: Schlauchleitung
30: Schraubverbindung
31: Arbeitszylinder
32: Arbeitszylinder
33: Arbeitszylinder
34: Arbeitszylinder
35: Arbeitszylinder
36: Arbeitszylinder
40: Stellschraube
40a: Stellschraube
41: Kolben des Geberzylinders
42: Schrägfläche (Stirnfläche) des Kolbens 41
43: Einlaßöffnung für das Übertragungsmittel (Öl)
43a: Bohrung
43b: Bohrung
43c: Bohrung
44: Arretierschraube
50: Nocken
51: Nocken
52: Verzweigung der Ölübertragungsleitung
53: Verzweigung der Ölübertragungsleitung
54: Verzweigung der Ölübertragungsleitung
55: Verzweigung der Ölübertragungsleitung
56: Verzweigung der Ölübertragungsleitung
57: Verzweigung der Ölübertragungsleitung
64: zweite Exzenterscheibe
65: Zylinder
66: Kolben
67: Leitung
68: komplementärer Arbeitsraum
70: zweiter Arbeitszylinder
71: Kolben (Verlängerung)
72: Platte oder Hebel
73: Achse
74: zweite Schlauchleitung
75: Umschaltventil
76: Pfeil
A-A: Achse des Elektromotors
B-B: Achse des Geberzylinders

Claims

Vorrichtung zum Antrieb eines in axialer Richtung hin- und herbewegbaren Werkzeuges, bei der:
- in einem Geberzylinder (9, 65) ein hin- und herbewegbarer Kolben (8, 41, 66) vorgesehen ist, der ein flüssiges Medium verdrängt oder ansaugt, das einen Kolben (22) in einem Arbeitszylinder (20, 27, 31-36) betätigt;

- eine Exzenterscheibe (5, 64) den Kolben (8, 41, 66) des Geberzylinders (9, 65) vorwärts bewegt;

- der Geberzylinder (9, 65) zur Vermeidung einer Gewichtsübertragung vom Arbeitszylinder (20, 27, 31-36) räumlich getrennt angeordnet ist;

- der Geberzylinder (9, 65) und der Arbeitszylinder (20, 27, 31-36) durch eine biegsame Schlauch- oder Rohrleitung (14, 29) miteinander verbunden sind;

- der Kolben (22) des Arbeitszylinders (20, 27, 31-36) unter der Wirkung wenigstens einer Gegendruckfeder (25, 26) steht;

- der äußere Luftdruck zur Unterstützung der Rückführung des Arbeitszylinderkolbens (22) beiträgt;

- auf dem äußeren Durchmesser der Exzenterscheibe (5, 64) ein Kugellager 6 vorgesehen ist, dessen innerer Ring (6a) sich mit der Exzenterscheibe (5, 64) dreht und dessen äußerer Ring (7) undrehbar, jedoch linear hin- und herbewegbar ist;
dadurch gekennzeichnet, daß

- der äußere Ring (7) des Kugellagers (6) gelenkig mit dem Kolben (8, 41, 66) des Geberzylinders (9, 65) verbunden ist und den Kolben (8, 41, 66) des Geberzylinders (9, 65) vorwärts- und zurückbewegt.
Vorrichtung zum Antrieb eines in axialer Richtung hin- und herbewegbaren Werkzeuges, bei der:
- in einem Geberzylinder (9, 65) ein hin- und herbewegbarer Kolben (8, 41, 66) vorgesehen ist, der ein flüssiges Medium verdrängt oder ansaugt, das einen Kolben (22) in einem Arbeitszylinder (20, 27, 31-36) betätigt;

- eine Exzenterscheibe (5, 64) den Kolben (8, 41, 66) des Geberzylinders (9, 65) vorwärts bewegt;

- der Geberzylinder (9, 65) zur Vermeidung einer Gewichtsübertragung vom Arbeitszylinder (20, 27, 31-36) räumlich getrennt angeordnet ist;

- der Geberzylinder (9, 65) und der Arbeitszylinder (20, 27, 31-36) durch eine biegsame Schlauch- oder Rohrleitung (14, 29) miteinander verbunden sind;

- der Kolben (22) des Arbeitszylinders (20, 27, 31-36) unter der Wirkung wenigstens einer Gegendruckfeder (25, 26) steht;

- der äußere Luftdruck zur Unterstützung der Rückführung des Arbeitszylinderkolbens (22) beiträgt, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Kolben des Geberzylinders (9, 65) mit seiner Kolbenstange (7a) seitlich an der Exzenterscheibe (5) angelenkt ist und den Kolben (8, 41, 66) des Geberzylinders (9, 65) vorwärts- und zurückbewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (27) am Arbeitszylinderkolben (22) durch Zuhilfenahme der Gegendruckfeder (26) angekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das benutzte flüssige Medium bei der Bewegung des Werkzeuges eine oszillierende Hin- und Herbewegung ausführt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Ausbildung als ein in sich geschlossenes mit Unter- und Überdruck arbeitendes System.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ring über ein Gelenkstück (28) mit der Kolbenstange (7a) des Kolbens (8) des Geberzylinders (9) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzenterscheibe (5) mit einem Antriebsmotor (Elektromotor (1)) verbunden ist, dessen Drehzahl regelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein an der Werkzeugeinheit (20, 22, 26, 27) vorgesehener Schalter das Ein- und Ausschalten des jeweils gewählten Antriebes (Motorantrieb oder Elektromagnetantrieb) bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter über ein Kabel mit der Antriebseinheit (1, 60) elektrisch verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel mit der Schlauch- (14) oder Rohrleitung mitgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hubfrequenzverstellung (Motordrehzahländerung) ein Schalter an der Werkzeugeinheit vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter ein Dimmer vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine automatische Nachfülleinrichtung (11) für den Ausgleich eines Verlustes an flüssigen Arbeitsmedium und für das Befüllen der Anlage aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine automatische Be- und Entlüftungseinheit (12) für das flüssige Medium aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Geberzylinder (9) und/oder der Arbeitszylinder (20) eine in den Arbeitsraum des Zylinders eindringende Stellschraube (40) für den Ausgleich von Druckverlusten durch Volumenänderung der Schlauchleitung (29) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Kolbens (41) des Geberzylinders (9), in Bewegungsrichtung des Kolbens gesehen, als Schrägfläche (42) ausgebildet ist, und die zur Wirkung kommende Neigung der Schrägfläche (42) des Kolbens (41) durch Drehen des Kolbens (41) um seine Achse einstellbar und arretierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfüllöffnung (43) der automatischen Nachfülleinrichtung (11) für das flüssige Medium im Geberzylinder (9) als Längsschlitz oder in Form von mehreren Bohrungen (43a, 43b, 43c) in Zylinderrichtung hintereinanderliegend ausgebildet ist, so daß in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens (8, 41) dieser längs seines Arbeitsweges eine oder mehrere dieser Öffnungen oder den Längsschlitz früher oder später verschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfüllöffnungen (43a, 43b, 43c) in der Zylinderwand des Geberzylinders (9) durch eine arretierbare Stellschraube nacheinander bis auf mindestens eine absperrbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlauchleitung (14) zwischen dem Geberzylinder (9) und dem Arbeitszylinder (20) flexibel, jedoch im Querschnitt und in der Länge fast undehnbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlauchleitung (14) spiralförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Geberzylinder (9) mit Hilfe verzweigter Druckleitungen (29) auf mehrere Arbeitszylinder (31 bis 36) gleichzeitig wirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (14) zwischen dem Geberzylinder (9) und dem zugeordneten Arbeitszylinder (20) mittels einer selbsttätig schließenden Schnellkupplung (15) trennbar und zusammenschließbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung in der Nähe des Arbeitszylinders (20) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (29) der Schlauchleitung (14) mit der Werkzeugeinheit verbunden (verschraubt (30)) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (1) auf mehrere Exzenterscheiben (5, 64) wirkt und jeder Exzenterscheibe ein Geberzylinder mit wenigstens einem Arbeitszylinder zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Geberzylinder (9) über ein druckempfindliches Umschaltventil (75) mit dem Arbeitskolben (22) über eine erste Leitung (14) verbunden ist und vom Umschaltventil (75) eine zweite Leitung (74) über die Ölnachfülleinrichtung (11) zum Geberzylinder (9) zurückführt, derart, daß bei der Vorschubbewegung des Kolbens (8) des Geberzylinders (9) über die Leitung (14) das Öl in den Arbeitszylinder (10) gedrückt wird und bei der Rückwärtsbewegung des Kolbens (8) des Geberzylinders (9) das Umschaltventil (75) das Öl über die Leitung (74) durch den Druck des ArbeitszylinderkolbenS (22) zur Nachfülleinrichtung (11) zurückströmen läßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (22) in dem ihm zugeordneten Arbeitszylinder (20) unter der Wirkung wenigstens einer von Baugröße und Druck abhängigen, einen Gegendruck auf den Kolben (22) ausübenden Feder (25) steht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete flüssige Medium ein Hydrauliköl ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium bei Einsatz der Vorrichtung im Lebensmittelbereich ein lebensmittelverträgliches Hydrauliköl ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete flüssige Medium ein unter Druck und entsprechender Temperatur verflüssigtes Gas ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (Arbeitszylinder (20) mit Schlauch (14)) gegen die äußere Umgebung so dicht ist, daß sie in Flüssigkeiten (unter Wasser) arbeiten kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Kolbenkraft in dem System ein regelbares Überdruckventil vorgesehen ist, welches das unter Druck stehende flüssige Medium ab einem vorbestimmten Druck in den Vorratsbehälter der Nachfüllanlage (11) zur Kraftregulierung überströmen läßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung oder wenigstens Minimierung von Vibrationen im Arbeitsgerät der Arbeitszylinder in oder auf einem gummiartigen Belag befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Minimierung oder zur Vermeidung von Vibrationen die Eigenresonanz der Gegendruckfeder (26) auf die Arbeit des Arbeitszylinders abgestimmt ist.