DE3742409A1

DE3742409A1 - Linearantriebseinrichtung

Info

Publication number: DE3742409A1
Application number: DE19873742409
Authority: DE
Inventors: Helmut Goettling; Peter Mueller; Rudolf Ing Grad Moeller; Gerhard Ing Grad Scharnowski
Original assignee: Wabco Westinghouse Steuerungstechnik and Co GmbH
Current assignee: Aventics GmbH
Priority date: 1987-12-15
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1989-06-29

Description

Die Erfindung betrifft eine Linearantriebseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Linearantriebseinrichtung wird in der DE 33 10 662 Al erwähnt.

Diese bekannte Linearantriebseinrichtung ist in ihren Abmessungen relativ groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Linear antriebseinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die einfach und kompakt in ihrem Aufbau ist.

Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angege benen Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteil hafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, durch die besondere Anordnung von zwei einfach wirkenden Arbeitszylindern zueinander und die Ausbildung der die Kolben der beiden Arbeitszylinder verbindenden Kolben stange als Getriebeteil sowie durch die Verwendung eines biegsamen band- oder stangenförmigen Körpers als ein sowohl mit dem Getriebe als auch mit einem Mitneh mer verbundenes anzutreibendes Teil, welches vorteil hafterweise teilweise um die Zylinderstirnseiten herumgeführt wird, die Linearantriebseinrichtung kompakt und kurzbauend ausführen zu können.

Da bei der Verwendung von einfach wirkenden Arbeits zylindern keine Abdichtung für die Kolbenstange erfor derlich ist, kann die Kolbenstange oder ein mit der Kolbenstange verbundenes Teil auf dem überwiegenden Teil der axialen Erstreckung der Kolbenstange bzw. des mit der Kolbenstange verbundenen Teiles mit einer Verzahnung versehen werden, die mit einem Zahnrad des Getriebes in Eingriff steht. Für den Antrieb des Zahnrades steht somit fast der gesamte Kolbenhub zur Verfügung, ohne daß die Kolbenstange im eingefahrenen Zustand wesentlich über die Stirnseite eines jeden der beiden Arbeitszylinder hinausragen muß, wie es beim Einsatz eines doppelt wirkenden Arbeitszylinders der Fall wäre.

Das Verhältnis zwischen dem von Mitnehmer zurückzu legenden Weg und dem Kolbenhub läßt sich durch die Wahl unterschiedlicher Zahnradpaarungen des Getriebes einfach und schnell verändern.

Anhand der Abbildung wird nachstehend ein Ausführungs beispiel der Erfindung näher erläutert.

Die Abbildung zeigt eine Linearantriebseinrichtung, welche sich aus zwei miteinander gekoppelten einfach wirkenden Arbeitszylindern und einem Getriebe, beste hend aus Zahnrädern, Zahnstange und Kette zusammen setzt.

In einem Gehäuse, welches aus einem rohrförmigen Körper (30), der an seinen beiden einander abgewandten Stirnseiten von einem ersten Deckel (1) und einem zweiten Deckel (31) verschlossen wird, besteht, ist eine sich aus einem ersten einfach wirkenden Arbeits zylinder und einem zweiten einfach wirkenden Arbeits zylinder zusammensetzende Kolben-Zylindereinheit angeordnet. Die Mantelfläche und die Stirnseiten der Kolben-Zylindereinheit weisen vorzugsweise einen gleichmäßigen Abstand zur inneren Wand des Gehäuses (1, 30, 31) auf. Die Kolben-Zylindereinheit ist mittels geeigneter Befestigungsmittel, wie z.B. Verstrebungen, lagegenau im Gehäuse befestigt.

Der erste Arbeitszylinder besteht aus einem ersten Zylinderrohr (12), einem in diesem geführten ersten Kolben (11, 10), der sich aus einer metallenen Scheibe (11) und einer Dichtmanschette (10) zusammensetzt, einer ersten Kolbenstange (13) sowie einem Zylinder deckel (3) und einem Bodenteil (16).

Das Bodenteil (16) des ersten Arbeitszylinders ist, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, als Gehäuse für ein Getriebe ausgebildet.

Der erste Kolben (11, 10) begrenzt mit seiner dem Zylinderdeckel (3) zugewandten Seite eine erste Arbeitskammer (9) und einen im Zylinderdeckel (3) vorgesehenen Dämpfungsraum (4), in den bei einer Bewegung des ersten Kolbens (11, 10) in Richtung auf den Zylinderdeckel (3) zu ein an den ersten Kolben (11, 10) anschließender erster Dämpfungskolben (8, 7) eintaucht. Der erste Kolben (11, 10) und der erste Dämpfungskolben (8, 7) sind auf einem teilweise mit Gewinde versehenen ersten Fortsatz (5) der Kolben stange (13), der einen geringeren Querschnitt als die Kolbenstange (13) hat, aufgeschoben und werden dort mittels einer Mutter (6) in axialer Richtung ge sichert.

Der zweite Arbeitszylinder besteht aus einem zweiten Zylinderrohr (28), einem in diesem geführten zweiten Kolben (22, 23), der sich aus einer metallenen Scheibe (22) und einer Dichtmanschette (23) zusammensetzt, sowie einem Zylinderdeckel (33) und einem Bodenteil.

Das Bodenteil des zweiten Arbeitszylinders wird von einem Teil des Bodenteiles (16) des ersten Arbeits zylinders gebildet.

Als Kolbenstange für den zweiten Arbeitszylinder dient die Kolbenstange (13) des ersten Arbeitszylinders.

Der zweite Kolben (22, 23) begrenzt mit seiner dem Zylinderdeckel (33) zugewandten Seite eine zweite Arbeitskammer (29) und einen im Zylinderdeckel (33) vorgesehenen Dämpfungsraum (34), in den bei einer Bewegung des zweiten Kolbens (22, 23) in Richtung auf den Zylinderdeckel (33) zu ein an den zweiten Kolben (22, 23) anschließender zweiter Dämpfungskolben (25, 26) eintaucht. Der zweite Kolben (22, 23) und der zweite Dämpfungskolben (25, 26) sind auf einen teil weise mit Gewinde versehen zweiten Fortsatz (24) der Kolbenstange (13), der einen geringeren Querschnitt als die Kolbenstange (13) hat und der auf der dem Kolben (11, 10) des ersten Arbeitszylinders abgewand ten Seite der Kolbenstange (13) angeordnet ist, aufgeschoben und werden mittels einer Mutter (27) in axialer Richtung gesichert.

Der erste Arbeitszylinder und der zweite Arbeitszylin der sind derart zueinander angeordnet, daß sie ein gemeinsames Bodenteil (16) und eine beide Kolben (11, 10) und (22, 23) miteinander verbindende gemeinsame Kolbenstange (13) aufweisen, so daß bei Beaufschlagung der jeweils einen Druckmittelkammer (9) bzw. (29) und des jeweils einen Kolbens (11, 10) bzw. (22, 23) mit einem Druckmittel der jeweils andere Kolben (22, 23) bzw. (11, 10) mittels der Kolbenstange (13) in der gleichen Richtung wie der vom Druckmittel beauf schlagte Kolben (11, 10) bzw. (22, 23) bewegt wird.

In dem als Gehäuse ausgebildeten Bodenteil (16) für den ersten Arbeitszylinder und den zweiten Arbeits zylinder sind in einer Gehäuseausnehmung (21) auf einer quer zur Längsachse der Kolbenstange (13) verlaufend angeordneten Achse bzw. Welle (20) ein erstes Zahnrad (19) und ein zweites Zahnrad (18) drehbar gelagert. Das erste Zahnrad (19) und das zweite Zahnrad (18) sind drehfest miteinander ver bunden.

Das zweite Zahnrad (18) weist einen größeren Durch messer und auch eine größere Zähnezahl auf als das erste Zahnrad (19).

Das als Gehäuse dienende Bodenteil (16) besitzt eine quer zur Längsachse der Achse bzw. Welle (20) für die Zahnräder (19, 18) verlaufende Durchgangsöffnung (17) auf, durch welche die Kolbenstange (13) hindurchge führt ist. Die Durchgangsöffnung (17) ist mit der Gehäuseausnehmung (21) für die Zahnräder (19, 18) verbunden.

Auf der dem ersten Zahnrad (19) zugewandten Seite weist die Kolbenstange (13) auf dem überwiegenden Teil der axialer Erstreckung der Kolbenstange (13) eine Verzahnung (14) auf, die mit dem ersten Zahnrad (19) in Eingriff steht.

Von der äußeren Mantelfläche und den an ihren äußeren Kanten abgerundeten Deckeln (1, 33) der beiden Ar beitszylinder sowie von der inneren Wand des Gehäuses (1, 30, 31) wird ein kanalartiger Raum (39, 2, 15, 32) begrenzt, der als Führung für eine Kette (35) dient, die mit dem zweiten Zahnrad in Eingriff steht.

Eine auf dem Gehäuse (1, 30, 31) angeordnete, in Richtung der Längsachse des Gehäuses (1, 30, 31) verlaufende weitere Führung (37) ist für einen Mitneh mer (36) vorgesehen, der mit der Kette (35) in Wirk verbindung steht und in der Führung (37) in Richtung der Längsachse der Führung (37) verschiebbar angeord net ist.

Die mit dem ersten Zahnrad (19) direkt zusammenwir kende, eine Verzahnung (14) aufweisende Kolbenstange (13) dient als Antriebsteil und die mit dem zweiten Zahnrad (18) direkt zusammenwirkende Kette (35) dient als anzutreibendes Teil der beschriebenen Linearan triebseinrichtung. Das Antriebsteil und das anzutrei bende Teil sind im weiteren Sinne Bestandteil des von den Zahnrädern (19, 18) gebildeten Getriebes (19, 18) der Linearantriebseinrichtung.

Die die Zahnräder (19, 18) aufnehmende Gehäuseöffnung (21) ist zum Abschnitt (39) der Führung (39, 2, 15, 32) für die Kette (35) hin offen.

Ebenso weist die den Abschnitt (39) der Führung (39, 2, 15, 32) begrenzende Wand einen in Längsrichtung der Führung (39, 2, 15, 32) verlaufenden Schlitz (38) auf, durch welchen die Kette (35) mit dem Mitnehmer (36) verbindende Verbindungselemente hindurchgeführt sind.

Die Führung (37) für den Mitnehmer (36) kann bei spielsweise nach Art eines Schwalbenschwanzprofils ausgebildet sein.

Die Funktion der im vorstehenden beschriebenen Linear antriebseinrichtung wird nachfolgend näher erläutert.

Wird in die erste Arbeitskammer (9) der aus den beiden Arbeitszylindern bestehenden Kolben-Zylindereinheit Druckmittel über einen hier nicht dargestellten Druckmittelanschluß eingesteuert, so bewirkt der sich in der ersten Arbeitskammer (19) aufbauende Druck eine Bewegung des ersten Kolbens (11, 10) nach links, in Richtung auf das Bodenteil (16) zu. Da der erste Kolben (11, 10) des ersten Arbeitszylinders und der zweite Kolben (22, 23) des zweiten Arbeitszylinders über die durch das Bodenteil (16) hindurchgeführte Kolbenstange (13) starr miteinander verbunden sind, wird der zweite Kolben (22, 23) ebenfalls nach links, in Richtung auf den Zylinderdeckel (33) des zweiten Arbeitszylinders zu verschoben.

Über einen nicht gezeigten Druckmittelanschluß des zweiten Arbeitszylinders und eine ebenfalls nicht dargestellte Ventileinrichtung wird die Arbeitskammer (29) des zweiten Arbeitszylinders gleichzeitig mit der Atmosphäre verbunden.

Das mit der Verzahnung (14) der Kolbenstange (13) in Eingriff stehende erste Zahnrad (19) wird von der Kolbenstange (13) angetrieben und dreht sich so im Uhrzeigersinn um die Achse (20).

Das mit dem ersten Zahnrad (19) drehfest verbundene zweite Zahnrad (18) dreht sich ebenfalls im Uhrzeiger sinn um die Achse (20).

Da das aus den beiden Zahnrädern (19, 18) bestehende Getriebe bezüglich der Kolben-Zylindereinheit und bezüglich der Führung (39, 2, 15, 32) für die Kette (35) ortsfest angeordnet ist, werden die mit dem zweiten Zahnrad (18) in Eingriff stehende Kette (35) und der mit dieser in Wirkverbindung stehende Mitneh mer (36) nach rechts bewegt.

Dadurch, daß das zweite Zahnrad (18) eine größere Zähnezahl aufweist als das erste Zahnrad (19) ist der von der Kette (35) und somit auch der vom Mitnehmer (36) zurückgelegte Weg größer als der von den beiden Kolben (11, 10) und (22, 23) und somit der von der als Antriebsteil dienenden Kolbenstange (13) zurückgelegte Weg.

Die Verzahnung (14) der Kolbenstange (13), das erste Zahnrad (19) und das zweite Zahnrad (18) sowie die Teilung der Kette (35) sind in diesem Ausführungsbei spiel so ausgelegt, daß bei einem Hub des ersten Kolbens (11, 10) oder auch des zweiten Kolbens (22, 23) der Mitnehmer (36) einen Weg zurücklegt, der doppelt so groß ist wie der Kolbenhub.

Bei Beaufschlagung der zweiten Arbeitskammer (29) und somit des zweiten Kolbens (22, 23) der Kolben-Zylin dereinheit und gleichzeitiger Verbindung der ersten Arbeitskammer (9) der Kolben-Zylindereinheit über eine nicht dargestellte Ventileinrichtung mit der Atmos phäre werden der zweite Kolben (22, 23), die Kolben stange (13) und der erste Kolben (11, 10) nach rechts bewegt. Die beiden Zahnräder (19, 18) werden von der Kolbenstange (13) in eine Drehbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn versetzt. Über die Kette (35) wird der Mitnehmer (36) dabei nach links verschoben.

Je nach Auslegung der Zahnräder (19, 18), der Verzah nung (14) der Kolbenstange (13) und der Teilung der Kette (35) kann das Verhältnis von Kolbenhub zu zurückzulegendem Weg des Mitnehmers (36) verändert werden.

Dadurch, daß die Führung (39, 2, 15, 32) für das anzutreibende Teil (Kette 35) im Bereich der einander abgewandten Stirnseiten der beiden Arbeitszylinder der Kolben-Zylindereinheit um wenigstens einen Teilbereich der Deckel (3) bzw. (33) der beiden Arbeitszylinder herumgeführt ist, wird die als anzutreibendes Teil dienende Kette (35) umgelenkt und um einen Teilbereich der beiden Arbeitszylinder herumgeführt, so daß das anzutreibende Teil in der Endlage des einen Kolbens oder des anderen Kolbens nicht wesentlich über die entsprechende Stirnseite der Kolben-Zylindereinheit hinausragt.

An die stirnseitigen Abschnitte (2) und (32) der Führung (39, 2, 15, 32) für das anzutreibende Teil (Kette 35) brauchen bezüglich ihrer Stabilität und Gleiteigenschaften keine hohen Anforderungen gestellt zu werden, da diese Abschnitte keiner großen Belastung durch das anzutreibende Teil (35) unterliegen.

Eine größere Belastung der Führungseinrichtung (39, 2, 15, 32) tritt nur in dem zwischen dem Getriebe (19, 18) und dem Mitnehmer (36) gelegenen, parallel zur Zylinder-Kolbeneinheit verlaufenden Bereich (39) der Führungseinrichtung (39, 2, 15, 32) auf.

Die Führungseinrichtung (39, 2, 15, 32) für das anzutreibende Teil (Kette 35) kann, wie in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt, von der Kolben- Zylindereinheit und dem diese umgebenden Gehäuse (1, 30, 31) gebildet werden.

Sie kann aber auch aus einem Profilteil, wie z.B. einem Profilrohr, bestehen, welches in Richtung der Längsachse der Kolben-Zylindereinheit verlaufend an der Kolben-Zylindereinheit oder an einem mit der Kolben-Zylindereinheit verbundenen Teil befestigt ist.

Die Linearantriebseinrichtung kann auch zwei einfach wirkende Arbeitszylinder aufweisen die jeweils ein eigenes Bodenteil besitzen.

Die beiden Arbeitszylinder sind dann so zueinander angeordnet, daß das Bodenteil des einen Arbeitszylin ders und das Bodenteil des jeweils anderen Arbeits zylinders einander zugewandt sind.

Es ist auch bei einer solchen Ausführungsform nur eine für beide Arbeitszylinder gemeinsame Kolbenstange vorgesehen, die eine in Richtung ihrer Längsachse verlaufende Verzahnung aufweist.

Es kann natürlich auch ein eine Verzahnung aufweisen des zusätzliches Teil vorgesehen werden, welches zwischen dem Kolben des ersten Arbeitszylinders und dem Kolben des zweiten Arbeitszylinders in Richtung der Längsachse der Kolbenstange verlaufend an der Kolbenstange oder an den beiden Kolben befestigt ist. Dies gilt für die Kolben-Zylindereinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel selbstverständlich auch.

In der beschriebenen Linearantriebseinrichtung können natürlich auch zwei handelsübliche einfach wirkende Arbeitszylinder angeordnet werden, wobei jeder der beiden Arbeitszylinder eine eigene Kolbenstange aufweist. Die beiden Kolbenstangen werden in einem solchen Fall lösbar miteinander verbunden.

Das Getriebe (Zahnräder 19, 18) kann in einem Gehäuse, z.B. im gemeinsamen Bodenteil der beiden Arbeitszylin der oder auch separat zwischen den einander zugewand ten Seiten der beiden Arbeitszylinder der Linearan triebseinrichtung angeordnet sein.

Wesentlich ist, daß das Getriebe (Träger für die Zahnräder 19, 18) und die Führung für das anzutrei bende Teil (Führung für die Kette 35) sowie die Führung (37) für den Mitnehmer (36) bezüglich der beiden Arbeitszylinder ortsfest angeordnet sind.

Das anzutreibende Teil kann aus einer Kette, einem mit Durchbrüchen versehenen biegsamen oder auch biegsamen und elastischen bandförmigen Körper oder auch aus einem Erhöhungen und Vertiefungen aufweisenden stan genförmigen Körper (stangenförmiger Körper mit Verzah nung) aus einem biegsamen Material bestehen.

Der Schlitz (38) ist vorzugsweise mittels eines elastisch verformbaren vom Schlitz (38) abhebbaren Teiles abgedeckt.

Claims

1. Linearantriebseinrichtung mit folgenden Merkmalen:

a) Es ist ein erster Arbeitszylinder vorgese hen, der einen mit einer Kolbenstange (13) verbundenen ersten Kolben (11, 10) aufweist, wobei die Kolbenstange (13) stirnseitig aus dem Arbeitszylinder herausgeführt ist;
b) es ist ein Getriebe vorgesehen, welches aus einem ersten Zahnrad (19) und einem zweiten Zahnrad (18) besteht, wobei das erste Zahnrad (19) und das zweite Zahnrad (18) auf einer gemeinsamen Welle bzw. Achse (20) angeordnet und drehfest miteinander verbun den sind;
c) die Kolbenstange (13) weist Mittel auf, die mit dem Getriebe (19, 18) in Wirkverbindung stehen und als Antriebsteil für das Getriebe dienen;
d) die Welle bzw. Achse (20) ist bezüglich des Arbeitszylinders ortsfest angeordnet;
e) das erste Zahnrad (19) steht mit dem An triebsteil (13, 14) in Eingriff und das zweite Zahnrad (18) steht mit einem vom Getriebe anzutreibenden Teil (35) in Ein griff;
f) das anzutreibende Teil (35) ist im wesent lichen parallel und relativ zum Antriebs teil (13, 14) verschiebbar angeordnet;
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
g) Es ist ein zweiter Arbeitszylinder mit einem zweiten Kolben (22, 23) vorgesehen;
h) der zweite Kolben (22, 23) ist mit dem ersten Kolben (11, 10) starr verbunden;
i) zur starren Verbindung des ersten Kolbens (11, 10) mit dem zweiten Kolben (22, 23) dient die Kolbenstange (13) des ersten Arbeitszylinders oder ein Verbindungsmittel, das die Kolbenstange (13) des ersten Ar beitszylinders mit einer am zweiten Kolben (22, 23) angeordneten Kolbenstange verbin det;
k) der erste Arbeitszylinder und der zweite Arbeitszylinder sind als einfach wirkende Arbeitszylinder ausgebildet und so zueinan der angeordnet, daß bei der Beaufschlagung des jeweils einen Kolbens (11, 10) der jeweils andere Kolben (22, 23) in die gleiche Richtung mitbewegt wird;
l) die Kolbenstange (13), das Verbindungsmittel oder die Kolbenstangen dient bzw. dienen als Antriebsteil für das Getriebe und weist bzw. weisen auf dem überwiegenden Teil ihrer axialen Erstreckung eine Verzahnung auf oder sind mit einem eine Verzahnung aufweisenden Teil, welche sich in Richtung der Längsachse der Kolbenstange (13) bzw. der Kolbenstangen erstreckt, verbunden,;
m) die Verzahnung der Kolbenstange, des Verbin dungsmittels oder der Kolbenstangen oder die Verzahnung des mit der Kolbenstange oder mit den Kolbenstangen verbundenen Teiles steht mit dem ersten Zahnrad (19) des Getriebes (18, 19) in Eingriff;
n) als vom zweiten Zahnrad (18) des Getriebes (19, 18) anzutreibendes Teil dient ein bandförmiger oder stangenförmiger Körper (35);
o) der bandförmige oder stangenförmige Körper ist mit Durchbrüchen oder mit Erhöhungen und/oder Vertiefungen versehen, in welche das zweite Zahnrad (18) des Getriebes (19, 18) eingreift;
p) es ist eine Führungseinrichtung (39, 2, 15, 32) für den bandförmigen oder stangenförmi gen Körper (35) vorgesehen, die im wesent lichen parallel zur Längsachse der beiden Arbeitszylinder verläuft.

2. Linearantriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das anzutreibende Teil als Kette ausgebildet ist.

3. Linearantriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das anzutreibende Teil als ein bandförmiger Körper, welcher mit Durchbrüchen versehen ist, ausgebildet ist.

4. Linearantriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das anzutreibende Teil als ein mit Erhöhungen und Vertiefungen versehener stangenförmiger Körper ausgebildet ist.

5. Linearantriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrich tung für das anzutreibende Teil von einem kanal artigen Raum (39, 2, 15, 32) gebildet wird, der einerseits von der äußeren Mantelfläche und den Deckeln der beiden Arbeitszylinder und anderer seits von einem die beiden Arbeitszylinder umgebenden Gehäuse (1, 30, 31) begrenzt wird.

6. Linearantriebseinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der bandförmige oder stangenförmige Körper (35) aus einem biegsamen Material besteht.

7. Linearantriebseinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Führungseinrichtung (39, 2, 15, 32) für den bandförmigen oder stangenförmigen Körper (35) an den einander abgewandten Stirn seiten der beiden Arbeitszylinder wenigstens teilweise um diese herumgeführt ist.

8. Linearantriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrich tung für das anzutreibende Teil (35) von einem rohrförmigen Körper gebildet wird, der an den beiden Arbeitszylindern oder an einem mit den beiden Arbeitszylindern verbundenen Teil parallel zur Längsachse der beiden Arbeitszylinder verlau fend angeordnet ist und wenigstens teilweise um die einander abgewandten Stirnseiten der beiden Arbeitszylinder herumgeführt ist.