DE19546356A1 - Linearaktuatoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Linearaktuatoren und insbesondere auf Fluid angetriebene Aktuatoren, z. B. pneuma­ tische Zylinder herkömmlicher Art, die ein längliches Gehäuse aufweisen, in dem ein Kolben mit einer Kolbenstange verbunden ist und in Längsrichtung hin- und herläuft.

Solche Zylinder sind natürlich weitgehend in allen möglichen An­ wendungsgebieten im Einsatz. Die Länge des Hubes des Kolbens im Zylinder wird im wesentlichen durch die Länge des Gehäuses definiert und ist in etwa dieser gleich. Es gibt jedoch An­ wendungsgebiete, bei denen es wünschenswert ist, die Länge jedes Hubes wirkungsvoll zu vergrößern und die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einer Einrichtung, die dies ermöglicht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher ein Fluid angetrie­ bener Aktuator vorgeschlagen, der ein längliches Gehäuse auf­ weist, das eine sich längs erstreckende Bohrung hat sowie einen Kolben, der innerhalb der Bohrung aufgenommen ist und in dieser in Längsrichtung hin- und herläuft, sowie eine Kolbenstange, die mit dem Kolben verbunden ist und sich längs in der Bohrung er­ streckt und in abgedichteter Weise von einem Ende des Gehäuses vorsteht, wobei die Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß der Aktuator weiterhin eine im wesentlichen endlose flexible An­ triebseinrichtung umfaßt, die sich längs des Gehäuses erstreckt und mittels einer Lagereinrichtung gelagert und an dem Gehäuse befestigt wird, und zwar an diesem oder benachbart zu dessen gegenüberliegenden Enden, und um die eine flexible Antriebsvor­ richtung laufen kann, wobei eine erste Verbindungseinrichtung die Kolbenstange mit der flexiblen Antriebseinrichtung verbindet und eine zweite Verbindungseinrichtung die flexible Antriebsein­ richtung mit einer Halteeinrichtung verbindet, die gleitend das Gehäuse lagert und so beschaffen ist, daß sie fest mit einer stationären Konstruktion verbunden werden kann, wobei die Anord­ nung solcher Art ist, daß im Gebrauch die lineare Bewegung des Kolbens aufgrund eines Aufbringens von Fluid auf eine Seite des Kolbens eine entsprechende lineare Bewegung der flexiblen An­ triebseinrichtung verursacht, und auf diese Weise eine lineare Bewegung des Gehäuses in derselben Richtung, wie der Kolben bewegt wird, relativ zur Halteeinrichtung verursacht.

Bei einem Aktuator gemäß der Erfindung wird daher der Kolben wirksam eine Hublänge relativ zu der stationären Halteeinrich­ tung aufweisen, die dem zweifachen der Hublänge relativ zu dem Aktuatorgehäuse entspricht und somit doppelt so groß ist wie die normale Hublänge.

Es wird bevorzugt, wenn der Aktuator gemäß der Erfindung im we­ sentlichen einen herkömmlichen Fluid angetriebenen, z. B. pneuma­ tischen Zylinder aufweist, der in der typischen kennzeichnenden Art modifiziert wird. Bevorzugte Gesichtspunkte für diese Modi­ fikation sind die folgenden:

Die flexible Antriebseinrichtung umfaßt bevorzugterweise einen Riemen (oder ein Band), obwohl diese auch z. B. ein Kabel oder eine Kette umfassen kann. Die Lagereinrichtung für die flexible Antriebseinrichtung wird entsprechend ausgewählt. D.h., wenn z. B. die flexible Antriebseinrichtung ein Riemen ist, wird die Lagereinrichtung bevorzugterweise eine feste oder auch eine drehbare Riemenscheibe umfassen, um die die flexible An­ triebseinrichtung läuft. Wenn die Antriebseinrichtung ein Kabel ist, wird eine Scheibe als Lagereinrichtung bevorzugt und, wenn es sich um eine Kette handelt, ein Zahnrad. Gemäß einem bevor­ zugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, um eine ausreich­ ende Stabilität des gesamten Aufbaus zu erreichen, ein Paar flexibler Antriebseinrichtungen parallel zueinander in einem bestimmten Abstand angeordnet, die sich längs des Aktuatorge­ häuses auf jeder Seite des Gehäuses erstrecken. In diesem Fall wird natürlich die flexible Antriebseinrichtung mit jeweils einem Paar von Lagereinrichtungen, wie Walzen, versehen werden, die an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnet sind.

In jedem Fall wird es bevorzugt, wenn die flexible Antriebsein­ richtung im wesentlichen zwei parallele Riemen oder dgl. auf­ weist, von denen einer fest mit der Kolbenstange verbunden ist und der andere ebenso fest mit der Halteeinrichtung. Die erste Verbindungseinrichtung zum Verbinden der Antriebseinrichtung mit der Kolbenstange umfaßt bevorzugterweise einen - oder wenn z. B. ein Paar flexibler Antriebseinrichtungen vorgesehen ist - ein Paar von Verbindungsstangen oder Stäben, die sich längs des Ak­ tuatorgehäuses erstrecken und an einem Ende mit der Kolbenstange über eine Querverbindung verbunden sind und am anderen Ende mit der flexiblen Antriebseinrichtung.

Die Halteeinrichtung, an der die flexible Antriebseinrichtung mittels einer zweiten Verbindungseinrichtung ebenso fest be­ festigt ist, umfaßt in der Praxis eine feste Lagerhalterung für den gesamten Aktuator. Um dies zu erreichen, muß die Verbindung zwischen der flexiblen Antriebseinrichtung und der Halteeinrich­ tung in einer Richtung stabil sein und dies kann auf verschie­ denste Art und Weise erreicht werden.

Der Betrieb des Aktuators gemäß der Erfindung wird natürlich in herkömmlicher Weise durch das Aufbringen von Fluiddruck, z. B. komprimierter Luft, auf eine der Seiten des Kolbens ermöglicht, wobei der Aktuator eine hin- und hergehende Bewegung zwischen einer extremen Position, in der der Kolben voll zurückgezogen und einer zweiten Extremposition, in der der Kolben voll ausge­ fahren ist, durchgeführt und wobei auch das Aktuatorgehäuse relativ zur Halteeinrichtung um einen Betrag bewegt wird, der im wesentlichen gleich dem Bewegungsbetrag des Kolbens ist, wobei die Bewegung in derselben Richtung wie die des Kolbens erfolgt. Entsprechend wird, wie bereits angemerkt, der Hub des Kolbens effektiv zweimal so groß sein wie der normale Hub, d. h. die Strecke, um die dieser relativ zum Aktuatorgehäuse bewegt wird.

Die Erfindung wird nun detailliert mittels eines Aus­ führungsbeispiels beschrieben, wobei auf die folgenden Zeichnun­ gen Bezug genommen wird.

Fig. 1A, 1B und 1C zeigen schematische Seitendarstellungen eines Aktuators gemäß der Erfindung in unterschiedlichen Bewegungs­ zuständen.

Fig. 2 ist ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels der vor­ liegenden Erfindung.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht eines Aktuators gemäß Fig. 2 und

Fig. 4A, 4B sind Draufsichten auf den Aktuator gemäß Fig. 2 und 3 jeweils am Ende des Hubes.

Folgend wird Bezug genommen auf die Fig. 1A bis 1C, in denen der Aktuator mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist und dieser ein längliches Gehäuse 2 aufweist, das z. B. aus Stahl oder Aluminium beschaffen sein kann und eine Längsbohrung (nicht sichtbar) auf­ weist.

Die Bohrung ist an den gegenüberliegenden Enden mittels Kappen 3 und 4 jeweils verschlossen, die Öffnungen/Passagen (nicht dargestellt) aufweisen, um komprimierte Luft aufzunehmen und von der Bohrung auszustoßen.

Ein Kolben (nicht sichtbar) ist gleitend in der Bohrung angeord­ net und der Kolben ist an einer Kolbenstange 5 befestigt, die sich axial zu der Bohrung erstreckt und sich in abgedichteter Weise von der Endkappe 3 weg erstreckt.

Die Merkmale, die oben erläutert wurden, sind natürlich bei al­ len herkömmlichen stabartigen, pneumatischen Aktuatoren, die üblicherweise einfach als "pneumatische Zylinder" bezeichnet werden, realisiert. Jedoch umfaßt der Aktuator weiterhin eine Einrichtung 6, um diesen verschiebbar an einem stationären Auf­ bau (nicht dargestellt), z. B. dem Teil einer Maschine, in die der Aktuator 1 eingebaut wird, zu befestigen.

In den Fig. 1A bis 1C ist die Einrichtung 6 schematisch als eine Platte dargestellt, die im Gebrauch mittels Bolzen oder auf an­ dere Weise an dem stationären Aufbau befestigt wird, wobei diese in einer ausgebildeten Bohrung eine Führungsstange 7 gleitend aufnimmt, die starr an ihren Enden mit den Endkappen 3, 4 ver­ bunden ist. Weiterhin umfaßt der Aktuator 1 einen im wesentli­ chen endlosen Riemen 8, der durch drehbare Walzen 9, 10 gelagert ist, die an den Endkappen 3, 4 befestigt sind. Das obere Teil des Riemens 8 ist an der Montageplatte 6 befestigt, während das untere Teil an einem Ende der Antriebsstange 11 befestigt ist. Das andere Ende der Antriebsstange 11 ist fest mit einem äußeren Ende der Kolbenstange 5 über ein querliegendes Halteteil 12 ver­ bunden.

Folgend wird Bezug genommen auf Fig. 1a, die den Aktuator 1 in der voll zurückgezogenen Position zeigt, bei der der Kolben sowie die Kolbenstange 5 am Ende des einwärts gerichteten Hubes sind. Wenn komprimierte Luft über ein herkömmliches Stahlventil und die Endkappe 4 auf die rechte Seite des Kolbens aufgebracht wird, wird der Kolben mit dem ausfahrenden Kolbenhub beginnen. Zur selben Zeit wird der Riemen 8 mit derselben Geschwindigkeit wie der Kolben in Uhrzeigerrichtung bewegt, aufgrund der Ver­ bindung zwischen der Kolbenstange 5 und dem Riemen 8, die durch die Antriebsstange 11 und das Befestigungselement 12 erzielt wird. Da jedoch der Riemen 8 an der stationären Halterung 6 befestigt ist, wird die Kraft auf das Zylindergehäuse 2 selbst aufgebracht, und dies in derselben Richtung (in der Zeichnung nach links) bewegt, und mit derselben Geschwindigkeit wie der Kolben bzw. die Kolbenstange 5 wird simultan die Führungsstange 7 entlang der Bohrung gleiten, die in der Montageplatte 6 ausge­ bildet ist.

Fig. 1B zeigt eine mittlere Position, die von der Kolbenstange 5 und dem Zylindergehäuse 1 eingenommen wird und Fig. 10 zeigt die Position am Ende des ausfahrenden Kolbenhubs. Die Umkehrung die­ ser Bewegung, d. h. das Einfahren der Kolbenstange 5 wird natür­ lich durch ein Umschalten des Steuerventiles erreicht, wodurch komprimierte Luft auf die linke Seite des Kolbens über die End­ kappe 3 aufgebracht wird, wobei die Kolbenstange 5 und das Zylindergehäuse 2 über die in Fig. 1B gezeigte Position zurück in die Position gemäß Fig. 1A bewegt werden. Entsprechend wird während dieses aus fahrenden Hubs des Aktuators das Gehäuse 2 nach links um eine Distanz X bewegt werden - wie in Fig. 1A bis 10 dargestellt -, wobei X die Länge des Hubes der Kolbenstange 5 ist und relativ zur zurückgezogenen Position gemäß Fig. 1A angegeben ist, wobei das äußere Ende der Kolbenstange um eine Distanz von 2X verschoben wird. Das Gehäuse 2 und die Kolben­ stange 5 werden in derselben Weise während des einfahrenden Hubs um dieselbe Distanz nach rechts verschoben.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden in den Fig. 1B und 10 die Bezugszeichen nicht verwendet.

Fig. 2 zeigt einen detaillierten Querschnitt einer möglichen Konstruktion des Aktuators gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 2 sowie in den Fig. 3 und 4 haben Teile, die denen in den Fig. 1A und 10 dargestellten entsprechen, dieselben Bezugs­ zeichen.

Bei der Konstruktion gemäß den Fig. 2, 3, 4A und 4B wird eine verbesserte Stabilität mittels eines Paares von flexiblen An­ triebsriemen 8′, 8′′ erzielt. Jeder Riemen 8′, 8′′ wird durch ein jeweiliges Paar von drehbaren Walzen, die benachbart den gegenüberliegenden Enden des Zylindergehäuses 2 montiert sind, gelagert. In Fig. 2 ist nur eine Walze 9′ und 9′′ eines Paares sichtbar, obwohl in Fig. 3 die andere Walze 10′′, die mit der Walze 9′′ zusammenarbeitet, sichtbar ist. Die Walzen 9′ und 9′′ sind jeweils drehbar um Achsen 14, 14′ montiert und in extru­ dierten Gehäusen 16 aufgenommen, die dazu dienen, im wesentli­ chen die gesamte Konstruktion aufzunehmen und mit dem Gehäuse 2 verbunden sind.

Das obere Teil jedes Riemens 8′, 8′′ ist jeweils über Ver­ bindungsvorrichtungen, von denen eine mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet ist (Fig. 3), mit den Antriebsstangen 11′ und 11′′ jeweils verbunden, die wiederum durch die Gehäuse 16 aufgenommen werden. Die äußeren Enden der Antriebsstangen 11′ und 11′′ sind fest miteinander verbunden und auch mit dem äußeren Ende der Kolbenstange 5 über die Platte 12 verbunden.

Das untere Teil jedes Riemens 8′, 8′′ ist mit der Montageplatte 6 mittels geeigneter Verbindungsvorrichtungen verbunden, von denen die Vorrichtung in Fig. 3 zu sehen ist, die den Riemen 8′′ mit der Platte 6 verbindet und in Fig. 3 mit Bezugszeichen 17 bezeichnet ist. Die lineare Bewegung des Gehäuses 16/Gehäuses 2 relativ zur Montageplatte 6 (die im Betrieb der Vorrichtung mit dem stationären Aufbau, der mit Bezugszeichen 18 in Fig. 3 angegeben ist, verbunden ist) wird während des Betriebs des Ak­ tuators mittels einer Lagerung erleichtert, die ein U-förmiges Jochelement 7′ umfaßt, das mit der Unterseite des Gehäuses 16 über einen Bolzen 7′′ verbunden ist und die über Kugellager (nicht dargestellt) mit einer Lagerplatte 7′′′ in Eingriff ist, die in einem Kanal aufgenommen wird, der in der Montageplatte 6 ausgebildet ist.

Wenngleich natürlich die Aktuatoren, die in den Fig. 2 bis 4 dargestellt sind, hinsichtlich der detaillierten Konstruktion in irgendeiner Weise unterschiedlich von dem Aktuator gemäß Fig. 1A bis 10 erscheinen, der nur schematisch dargestellt wird, arbei­ tet dieser in der gleichen Weise, was selbsterklärend und offen­ sichtlich von den Fig. 4A und 4B sein dürfte.

Wie herkömmliche pneumatische oder hydraulische Zylinder kann der Aktuator gemäß der vorliegenden Erfindung zusätzlich verse­ hen sein mit Bremseinrichtungen zum Bremsen der Bewegung, Hubbe­ grenzungseinrichtungen, Positionserfassungseinrichtungen sowie inter alia, deren Aufbau den Fachleuten klar ist und die daher nicht weiter erläutert werden müssen.

Abschließend wird die Zufuhr bzw. das Ausstoßen von kompri­ mierter Luft über die Endkappen 3 und 4 in herkömmlicher Weise beschrieben, wobei es jedoch auch möglich ist, dies z. B. über die Montageplatte 6, den Riemen 8 (8′, 8′′) und die Verbindungs­ elemente 11 (11′, 11′′) und 12 zu ermöglichen. Zu diesem Zweck würden in diesem Fall geeignete Fluidleitungen in den ver­ schiedenen Elementen ausgebildet.

Gemäß der Erfindung wird ein herkömmlicher pneumatischer Zylinder modifiziert, in dem ein Riemen vorgesehen wird, von dem ein Teil über eine Verbindung mit dem äußeren Ende der Kolben­ stange verbunden ist und das andere Teil dieses mit einer Mon­ tage- oder Halteeinrichtung verbunden ist, die gleitend den Zylinder lagert. Bei der Benutzung der Erfindung wird die Mon­ tageeinrichtung an der stationären Konstruktion befestigt, so daß bei Betätigung des Zylinders die Kolbenstange und das Zylindergehäuse in derselben Richtung relativ zur Montageein­ richtung und der stationären Konstruktion bewegt werden, so daß der wirksame Hub dieses etwa das zweifache des normalen Hubes eines nicht modifizierten Zylinders beträgt, d. h. das zweifache des Hubes der Kolbenstange relativ zum Zylindergehäuse.

Claims (8)

1. Ein Fluid angetriebener Aktuator, der ein längliches Ge­ häuse (2) umfaßt, das eine sich längs erstreckende Zylinderboh­ rung aufweist, einen Kolben, der in der Bohrung aufgenommen wird und in Längsrichtung hin- und herläuft sowie eine Kolbenstange (5), die mit dem Kolben verbunden ist und sich in Längsrichtung in der Bohrung erstreckt und in abgedichteter Weise von einem Ende des Gehäuses (2) vorsteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator weiterhin umfaßt: eine im wesentlichen endlose, flexible Antriebseinrichtung (8), die sich längs des Gehäuses (2) erstreckt und durch eine Lagerein­ richtung (9, 10) gelagert ist, die an dem Gehäuse (2) oder an oder in der Nähe gegenüberliegender Enden dieses befestigt ist und um die die flexible Antriebseinrichtung (8) laufen kann, wobei eine erste Verbindungseinrichtung (12) die Kolbenstange (5) mit der flexiblen Antriebseinrichtung (8) verbindet und eine zweite Verbindungseinrichtung, die die flexible Antriebseinrich­ tung (8) mit einer Halteeinrichtung verbindet, die gleitend an dem Gehäuse (2) gelagert ist und in der Lage ist, an einer sta­ tionären Konstruktion befestigt zu werden, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß im Gebrauch des Aktuators eine lineare Bewegung des Kolbens aufgrund eines Aufbringens von Fluid auf einer der Seiten dieses eine entsprechende lineare Bewegung der flexiblen Antriebseinrichtung (8) bewirkt und auf diese Weise eine entsprechende lineare Bewegung des Gehäuses (2) in dersel­ ben Richtung wie die Bewegung des Kolbens relativ zur Halteein­ richtung.

2. Ein Fluid angetriebener Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Antriebseinrichtung (8) zumin­ dest einen Riemen, ein Kabel oder eine Kette umfaßt.

3. Ein Fluid angetriebener Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lagereinrichtung (9, 10) jeweils eine drehbare Walze, eine Riemenscheibe oder ein Zahnrad umfaßt.

4. Ein Fluid angetriebener Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindungsein­ richtung (12), die die flexible Antriebseinrichtung mit der Kol­ benstange (5) verbindet, zumindest eine Stange (11) oder dgl. umfaßt, die sich längs des Aktuatorgehäuses (2) erstreckt und mit einem der Enden mit der Kolbenstange (5) über eine Querver­ bindung verbunden ist, wobei das andere Ende mit der flexiblen Antriebseinrichtung (8) verbunden ist.

5. Ein Fluid angetriebener Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieser ein Paar von flexi­ blen Antriebseinrichtungen (8) umfaßt, die sich gegeneinander beabstandet, parallel zueinander längs des Aktuatorgehäuses (2) auf jeder Seite dieses erstrecken, wobei jede flexible An­ triebseinrichtung (8) mittels eines jeweiligen Paares von La­ gereinrichtungen (9, 10) gelagert wird, die an oder benachbart zu den gegenüberliegenden Seiten des Aktuatorgehäuses (2) mon­ tiert sind und mit der Kolbenstange (5) jeweils über ein Paar erster Verbindungseinrichtungen (12) verbunden sind und ein Paar zweiter Verbindungseinrichtungen mit der Halteeinrichtung ver­ bunden sind.

6. Ein Fluid angetriebener Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung ein im wesentlichen plattenartiges Element (6) umfaßt, das eine Lager­ fläche aufweist, das mit einer entsprechenden Lagerfläche in Eingriff ist, die einstückig mit dem Aktuatorgehäuse (2) ausge­ bildet ist oder an diesem befestigt ist.

7. Ein Fluid angetriebener Aktuator mit einem länglichen Ge­ häuse (2), das eine sich längs erstreckende Bohrung aufweist sowie einen Kolben, der in der Bohrung angeordnet ist und in Längsrichtung in dieser hin- und herläuft, sowie einer Kolben­ stange (5), die mit dem Kolben verbunden ist und sich in Längsrichtung in der Bohrung erstreckt und abgedichtet von einem Ende des Gehäuses (2) vorsteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator weiterhin umfaßt:

• a) ein Paar von im wesentlichen endlosen flexiblen Antriebsein­ richtungen (8), die voneinander beabstandet in paralleler Zuord­ nung angeordnet sind und sich in Längsrichtung des Gehäuses (2) auf jeder dessen Seiten erstrecken,
• b) zwei Paare von Lagereinrichtungen (9, 10), die mit dem Ge­ häuse (2) an gegenüberliegenden Enden dieses verbunden sind, um die jeweiligen Antriebseinrichtungen (8) zu lagern, wobei diese über die Lagereinrichtungen (9, 10) laufen,
• c) ein Paar von Stangen (11) oder dgl., die sich längs er­ strecken und gegenüber zu den jeweiligen Teilen der flexiblen Antriebseinrichtungen (8) angeordnet sind, wobei ein Ende jeder Stange (11) oder dgl. mit dem oberen Teil der zugeordneten An­ triebseinrichtung (8) verbunden ist und das andere Ende mittels einer sich quer erstreckenden Verbindung mit dem anderen Ende der Kolbenstange (5) verbunden ist,
• d) ein Halteelement, das in der Lage ist, an einer stationären Konstruktion befestigt zu werden, und das mit einer Lagervor­ richtung versehen ist, die mit einer Lagereinrichtung versehen ist, die einstückig mit dem Aktuatorgehäuse (2) ausgeführt ist und an diesem befestigt ist, wobei das Aktuatorgehäuse (2) li­ near relativ zu dem Halteelement bewegt werden kann und
• e) einer Verbindungseinrichtung, die das untere Teil der flexib­ len Antriebseinrichtung (8) mit der Halteeinrichtung verbindet, wobei bei der Benutzung des Aktuators die lineare Bewegung der Kolbenstange (5) beim Aufbringen eines Fluiddrucks auf eine der Seite des Kolbens eine entsprechende lineare Bewegung der Stan­ gen (11) oder dgl. und der flexiblen Antriebseinrichtung (8) verursacht und auf diese Weise eine entsprechende lineare Bewegung des Aktuatorgehäuses (2) in derselben Richtung wie die Bewegung des Kolbens relativ zu dem festen Halteelement.

8. Ein Fluid angetriebener Aktuator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Antriebseinrichtung (8) Riemen umfaßt und die Lagereinrichtung (9, 10) drehbare Walzen umfaßt.