Einrichtung zur Erzeugung einer Bewegung mit einer Kolben-Zylinder-Einheit
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung einer Bewegung mit einer Kolben-Zylinder-Einheit.
Derartige Einrichtungen umfassen üblicherweise eine Kolben-Zylinder-Einheit, bei der entweder der Zylinder oder der Kolben ortsfest angeordnet ist und das andere der Bauteile aufgrund hydraulischer oder pneumatischer Kräfte eine Bewegung ausführt. Bei vorbekannten Kolben-Zylinder-Einheiten ist es bekannt, dass der Kol¬ ben je nach Druckbeaufschlagung der an den Kolben angrenzenden Zylinderräume linear bewegt wird, und zwar entweder in den Zylinder eingezogen oder aus diesem ausgeschoben wird. Die Einsatzbereiche derartiger Kolben-Zylinder-Einheiten sind sehr vielfältig. Exemplarisch ist der Bereich der Ölhydraulik zu nennen. Vorbekann¬ ten Kolben-Zylinder-Einheiten haftet der Nachteil an, dass durch Druckbeaufschla¬ gung eines an den Kolben grenzenden Zylinderraumes stets nur eine lineare Be¬ wegung des Kolbens realisierbar ist. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Einrich-
tung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass deren Funktio¬ nalität verbessert und somit deren möglicher Einsatzbereich vergrößert wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung zur Erzeugung einer Bewegung mit ei¬ ner Kolben-Zylinder-Einheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass die Kolben-Zylinder-Einheit einen angetriebenen Kolben umfaßt, der in einem schwenkbar gelagertem Zylinder verschieblich geführt ist, wobei der Kolben eine Kolbenstange aufweist, die zumindest bereichsweise als Zahnstange ausgeführt ist oder mit einer Zahnstange in Verbindung steht. Die Einrichtung weist ferner ein drehbar angeordnetes Zahnrad auf, das mit der Zahnstange kämmt. Des weiteren ist eine Arretierungs- oder Bremsvorrichtung vorgesehen, mittels derer die Drehbewegung des Zahnrades unterbunden oder gebremst werden kann. Der An¬ trieb des Kolbens im Zylinder ist beliebig. Denkbar sind pneumatische oder auch ■hydraulische Antriebe.
Wird die Arretierungs- oder Bremsvorrichtung nicht betätigt, das heißt kann das Zahnrad frei drehen, führt die Bewegung des Kolbens im Zylinder zu einem Aus¬ schieben oder Einziehen der Zahnstange und somit zu einer entsprechenden Dre¬ hung des Zahnrades. Wird jedoch die freie Bewegbarkeit des Zahnrades unterbun¬ den, entweder weil das Zahnrad arretiert wird oder die Drehbewegung des Zahnra¬ des gebremst erfolgt, führt der Antrieb des Kolbens beispielsweise durch Druckbe¬ aufschlagung der entsprechenden Zylinderräume dazu, dass der Zylinder um seine Schwenkachse eine Schwenkbewegung ausführt. Die Erfindung ermöglicht es so¬ mit, durch Arretierung oder Bremsen des genannten Zahnrades der Ein- bzw. Ausschubbewegung des Kolbens eine Drehbewegung der Kolben-Zylinder-Einheit um die Schwenkachse des Zylinders zu überlagern. Auf diese Weise wird eine Kol¬ ben-Zylinder-Einheit bereitgestellt, die einen weiteren Freiheitsgrad aufweist. Im Gegensatz zu üblichen Kolben-Zylinder-Einheiten ist nicht nur eine lineare Bewe¬ gung des Kolbens, sondern auch eine Schwenkbewegung der Kolben-Zylinder- Einheit möglich. Dazu ist kein weiterer Antrieb erforderlich. Es ist möglich, den Kol¬ ben zweiseitig wirkend auszuführen, so daß eine Schwenkbewegung in beide Dreh¬ richtungen, das heißt im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn möglich ist.
Die Arretierungsvorrichtung kann einen oder mehrere Vorsprünge aufweisen. Sie ist in eine Arretierungs- und in eine Freigabestellung schaltbar, wobei die Vor¬ sprünge in der Arretierungsstellung mit dem Zahnrad kämmen und dieses gegen Verdrehen fixieren. Als Bremsvorrichtung ist jede geeignete Einrichtung denkbar, die der Drehbewegung des Zahnrades eine Gegenkraft entgegensetzt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Arretierungsvorrichtung einen Kolben oder Stößel aufweist, der in einem Gehäuse längsverschieblich geführt ist und an dessen Endbereich sich ein oder mehrere Vorsprünge befinden. Der Kolben oder Stößel kann sich radial zur Drehachse des Zahnrades erstrecken.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schwenkach¬ se des Zylinders und die Drehachse des Zahnrades durch einen gemeinsamen Schwenkbolzen gebildet werden. Denkbar ist selbstverständlich auch, dass unter¬ schiedliche Drehachsen bzw. Schwenkachsen vorliegen. In bevorzugter Ausgestal¬ tung der Erfindung sind diese miteinander fluchtend ausgeführt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Einrichtung eine Halterung oder ein Gehäuse auf, an dem die Kolben-Zylinder-Einheit montiert ist. Dabei kann der Schwenkbolzen in einer Bohrung der Halterung montiert sein. Die Lagerung von Zylinder und Zahnrad kann mittels Kugellagern oder Gleitlagern auf dem Schwenk¬ bolzen erfolgen. Grundsätzlich sind beliebige Lager einsetzbar.
Wie oben ausgeführt, ist die Schwenkbewegung des Zylinders einer Ein- bzw. Ausschubbewegung des Kolbens relativ zum Zylinder überlagert. Sie führt damit zu einer Änderung der Längsposition des Kolbens. Sofern diese Kopplung uner¬ wünscht ist, kann vorgesehen sein, dass eine weitere Zahnstange angeordnet ist, die mittels einer Antriebseinheit längsverschiebbar ausgeführt ist und die in wenig¬ stens einer Position mit dem Zahnrad kämmt. Durch Betätigung der weiteren Zahnstange wird das Zahnrad in eine Drehbewegung versetzt, die derart erfolgt, daß die ursprüngliche oder eine andere gewünschte Kolbenposition bzw. Position
der Kolbenstange erreicht wird. Somit dient die weitere Zahnstange dazu, die Zwangskopplung zwischen Zahnstange und Zahnrad zu unterbrechen, vorzugswei¬ se ist die weitere Zahnstange in zwei Richtungen hin und her bewegbar ausgeführt. Entsprechend der obigen Ausführungen dient die weitere Zahnstange dazu, ein Verschwenken des Zylinders der Einrichtung zu ermöglichen, ohne dass eine Längsverschiebung des Kolbens relativ zum Zylinder eintritt. An Stelle einer weite¬ ren Zahnstange sind auch beliebige andere Mittel möglich, mittels derer auf das Zahnrad eingewirkt werden kann.
Die weitere Zahnstange kann in einem Gehäuse längsverschieblich aufgenommen sein, wobei das Gehäuse an der Halterung oder an einer anderen geeigneten Posi¬ tion montiert ist. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die weitere Zahnstange nicht schwenkbar angeordnet. Denkbar ist es, dass die weitere Zahnstange in wenigstens einem Schwenkwinkel der Zahnstange zu dieser parallel verläuft. Dies könnte beispielsweise im eingeschwenkten Zustand der Einrichtung bzw. des Zylinders der Kolben-Zylinder-Einheit der Fall sein.
Wie oben ausgeführt, kann der in dem schwenkbar angeordnetem Zylinder ver¬ schieblich geführte Kolben hydraulisch oder pneumatisch angetrieben sein. Grund¬ sätzlich sind beliebige Antriebstechniken einsetzbar.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem Kolben um einen zweiseitig wirkenden Kolben, so daß dieser aus- und eingeschoben werden kann bzw. so daß der Zylinder in beiden Richtungen, das heißt im Uhrzeigersinn sowie auch im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt werden kann. Entsprechendes gilt für die oben genannte weitere Zahnstange, die in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ebenfalls in zwei Richtungen hin und her bewegbar ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeich¬ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Er¬ zeugung einer Bewegung mit einer Kolben-Zylinder-Einheit und
Figur 2: eine Seitenansicht der Einrichtung gemäß Figur 1.
Figur 1 zeigt den Kolben 10, der in einem schwenkbar gelagertem Zylinder 20 ver¬ schieblich geführt ist. Der Kolben ist zweiseitig wirkend ausgeführt, das heißt er begrenzt auf beiden Seiten Zylinderräume, die mittels nicht dargestellter Anschlüs¬ se mit Druck beaufschlagt oder druckentlastet werden können. Dadurch ist es mög¬ lich, den Kolben 10 gemäß Figur 1 im Zylinder 20 nach rechts oder links zu ver¬ schieben. Der Kolben 10 weist zwei Kolbenstangen auf, von denen die eine eine ösenförmige Aufnahme beispielsweise für ein Werkzeug aufweist und die andere Kolbenstange 12 in einem Teilbereich als Zahnstange 14 ausgeführt ist.
Die Zahnstange 14 kämmt mit dem drehbar angeordnetem Zahnrad 30, das auf dem insbesondere in Figur 2 dargestellten Schwenkbolzen 50 mittels eines Kugel¬ lagers 52 schwenkbar gelagert ist. Wie aus Figur 2 weiter ersichtlich, ist ein weite¬ res Kugellager 52 vorgesehen, über das der Zylinder 20 schwenkbar auf dem Schwenkbolzen 50 sitzt. Aus der Darstellung gemäß Figur 2 ergibt sich weiter, daß die Schwenkachse des Zylinders 20 sowie des Zahnrades 30 durch die Längsach¬ se des Schwenkbolzens 50 gebildet wird.
Der Schwenkbolzen 50 ist verdrehfest in einer Bohrung einer L-förmigen Halterung 60 angeordnet, die ihrerseits ortsfest beispielsweise an einer Wandung montiert ist.
Aus Figur 1 und 2 ergibt sich weiter, dass eine Arretierungseinheit 40 vorgesehen ist, die einen Kolben 44 aufweist, in dessen Endbereich sich zwei Vorsprünge 42 befinden. Der Kolben 44 ist in einem Gehäuse 46 längsverschieblich geführt und kann aus einer Freigabestellung, die in Figur 1 dargestellt ist, in eine Arretierungs¬ stellung bewegt werden. In der Freigabestellung gemäß Figur 1 kann das Zahnrad 30 frei drehen. In der Arretierungsstellung der Arretierungsvorrichtung 40 wird die Drehbewegung des Zahnrades 30 unterbunden.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, verläuft der Kolben 44 der Arretierungsvorrichtung 40 radial zur Schwenkachse des Zahnrades 30.
Die Funktionsweise der in Figur 1 und 2 dargestellten Anordnung gestaltet sich wie folgt: Befindet sich die Arretierungsvorrichtung 40 in ihrer dargestellten Freigabe¬ stellung, wird das Zahnrad 30 durch die Zahnstange 14 entsprechend der Kolben¬ bewegung in Zylinder 20 bewegt. Wird der Kolben 10 gemäß Figur 1 nach rechts ausgeschoben, führt dies zu einer Drehung des Zahnrades im Gegenuhrzeigersinn, wird der Kolben 10 eingezogen, wird das Zahnrad 30 im Uhrzeigersinn gedreht. Diese Bewegungsvorgänge bewirken keine Verschwenkbewegung der Kolben- Zylinder-Einheit.
Wird jedoch die Arretierungsvorrichtung 40 durch Ausschieben des Kolbens 44 in ihre Arretierungsstellung verfahren, in der die Vorsprünge 42 mit dem Zahnrad 30 kämmen, wird dessen Drehbewegung unterbunden. Wird nun auf den Kolben bei¬ spielsweise pneumatisch oder hydraulisch Kraft aufgegeben, führt dies entspre¬ chend der Arretierung nicht zu einer Drehbewegung des Zahnrades 30, sondern zu einem Verschwenken der Kolben-Zylinder-Einheit um die Schwenkachse des Zylin¬ ders 20, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit der Drehachse des Zahnra¬ des zusammenfällt und durch den Schwenkbolzen 50 gebildet wird. Die Schwenk¬ bewegung ist in Figur 1 durch die dargestellten Doppelpfeile angedeutet.
Das Verschwenken des Zylinders 20 um dessen Drehachse ist einer Ein- bzw. Ausschubbewegung des Kolbens um den Betrag L überlagert, wie dies durch den Doppelpfeil in Fig. 1 angedeutet ist. Ist eine derartige Zwangskopplung zwischen Verschwenkbewegung des Zylinders und Änderung der Position des Kolbens bzw. der Kolbenstange relativ zum Zylinder unerwünscht, kommt die weitere gegenläufi¬ ge Zahnstange 70 zum Einsatz.
Die weitere Zahnstange 70 ist in einem Gehäuse 80 längsverschiebbar aufgenom¬ men und durch eine geeignete Antriebseinheit nach rechts und links bewegbar, wie
dies durch den Doppelpfeil in Figur 1 angedeutet ist. Das Gehäuse 80 kann an der Halterung 60 oder auch an geeigneter anderer Stelle montiert sein. Die weitere Zahnstange 70 ist nicht schwenkbar angeordnet und verläuft in ihrer in Figur 1 dar¬ gestellten nicht verschwenkten Position des Zylinders 20 parallel zu der Zahnstan¬ ge 14.
Mittels Bewegung der weiteren Zahnstange 70 kann die Position des Kolbens 10 relativ zum Zylinder 20 in der gewünschten Weise geändert werden, so daß die Schwenkbewegung des Zylinders 20 um dessen Schwenkachse nicht zwingend zu einer Positionsänderung des Kolbens 10 relativ zum Zylinder 20 führen muß.