DE4028159C2 - Antriebseinheit, bestehend aus einer Standard-Kolben/Zylinder-Einheit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinheit, bestehend aus einer Standard-Kolben/Zylinder-Einheit, die einen Kolben aufweist, der über ein Druckmittel, das in den Zylinder einbringbar ist, bewegbar ist und mit einer starren Kolbenstange verbunden ist.

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 37 44 628 A1 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.

Aus der GB-PS 1 479 559 ist ein hydraulischer An­ triebszylinder bekannt, der eine starre Kolbenstange und einen daran befestigten flexiblen Kolbenstangenab­ schnitt in Form eines Drahtkabels aufweist. Durch die flexible Ausgestaltung der Kolbenstange kann die Kraftwirkungslinie aus der Kolbenstangenachse ausge­ lenkt werden, so daß der Ort der Kraftübertragung auf eine zu manipulierende Einheit nicht in der Fluchtlinie der starren Kolbenstange liegen muß. Nachteilig ist jedoch, daß die Drahtkabelanordnung keine kontrollierten Druckkräfte übertragen kann, als viel­ mehr ausschließlich Zugkräfte.

Um kontrollierbare Kraftübertragungen mittels einer Kolben/Zylinder-Einheit zu ermöglichen, die von der Zylinder- bzw. starren Kolbenachse abweichen, wird in der DE 37 32 741 C2 vorgeschlagen, als flexible Kolbenstange ein im Querschnitt rechteckförmiges Stahlband zu verwenden, das an Anlenkpunkte außerhalb des Zylinders und von der Zylinderachse seitlich beab­ standet befestigt ist. Für den kontrollierten Verlauf der Kraftumlenkung sind gesonderte Hebelmechanismen bzw. Umlenkbleche erforderlich, die dem Stahlband eine definierte Biegelinie verleihen. Der Einsatz dieser Anordnung beschränkt sich jedoch nur auf eine speziell an die Kolben/Zylinder-Einheit angepaßte Peripherie, die dem Stahlband den gewünschten Biegeverlauf vor­ gibt.

Aus der DE 34 18 372 A1 ist ein Antrieb für eine allgemeine Bahnbewegung und in diese integrierte An­ triebsvorrichtung angegeben, die eine axial bewegliche Kolbenstangeneinheit vorsieht, die an der Aus­ trittsöffnung des Zylindergehäuses in eine gebogene Führungshülse einmündet, durch die die Kraftübertragung entlang der Kolbenstangeneinheit an nahezu beliebige Stellen außerhalb des Zylinders ermöglicht werden kann. Die in dieser Druckschrift vorgeschlagene Anordnung stellt jedoch eine sehr spezielle Kolben/Zylinder- Einheit dar, die sehr aufwendig kontruiert ist und deren Ausgestaltung nicht ohne weiteres mit handelsüblichen Kolben/Zylindereinheiten verglichen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebs­ 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. Insbesondere soll die Bewegungseinheit mit konventionellen Standard-Kolben/Zylinder-Einheiten kombiniert werden, so daß ein Nachrüsten derartiger Einheiten möglich 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 An­ triebseinheit, die aus einer Standard-Kolben/Zylinder- Einheit besteht, dadurch weitergebildet, daß die starre Kolbenstange an ihrem kolbenfernen Ende mit einer be­ züglich der Kolbenstangenachse flexiblen Kraftübertragungseinheit verbunden ist und daß eine Führungseinheit vorgesehen ist, die einen geradlinigen Abschnitt und einen einen Krümmungsradius aufweisenden Abschnitt vorsieht, wobei der geradlinige Abschnitt am Zylinder angebracht ist und wenigstens die Ausfahrlänge der Kolbenstange aufweist, und in der die flexible Kraft­ übertragungseinheit geführt ist.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung sind die Ab­ messungen der gesamten Einheit in Richtung 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 8), 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:
In vorteilhafter Weise weist die Kolbenstange im Anschluß an den Kolben einen ersten starren Abschnitt, dessen Länge wenigstens 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 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 bevorzugt, wenn das dem Zylinder zugewandte 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 Bau­ länge 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 1-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 Regeln in Richtung zur Raumdecke der Platz weniger beschränkt ist als parallel zum Boden.

Unabhängig von der speziellen Ausbildung ist es jedoch von Vorteil, falls der zweite flexible Abschnitt mit einem wei­ teren Abschnitt, beispielsweise einem dem jeweiligen Einsatzfall angepaßten Greifer bzw. Aktuator verbunden ist, der die nachgeordnete Einheit antreibt.

Durch die Weiterbildung, gemäß der der flexible Ab­ schnitt in der Führung mit einem möglichst kleinen Radius umgelenkt wird, wird der Raumbedarf in Bewegungs­ richtung 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 4) oder einachsig (Anspruch 6) 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 anhand von Aus­ führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. 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 Ausfahrlänge l₂ bewegbar ist. An der nicht dargestellt­ en Kolbenstange ist eine flexible Kraftübertragungsein­ heit 3 angebracht, die in einer Führungeinheit geführt ist, die einen geradlinigen Abschnitt 4′ und einen Bogen 4′′ von 90° mit dem Krümmungsradius R aufweist. An der flexiblen Kraftübertragungseinheit 3 ist ein auf die jeweilige Aufgabenstellung abgestimmtes Kolbenende 5 angebracht, 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 der flexiblen Kraftübertra­ gungseinheit 3 der Kolbenstange erreicht, da der nicht zum Ein- bzw. Ausschieben, sondern nur zu der Über­ tragung der Kolbenbewegung benötigte Teil der Kolben­ achse nicht mehr in der Linearachse X-X, sondern - bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel - 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 die flexible Kraftübertragungseinheit aus einer Druckfeder 6 mit innenliegendem Zugseil 7, die in einer Führung 8 geführt sind. Insbesondere um den er­ findungsgemäß ausgebildeten Kolben zum Antreiben von mit dem Endabschnitt der Kolbenachse fluchtenden Ein­ richtungen verwenden zu können, muß der Kolben im Schiebebetrieb, d. h. beim Ausfahren des Kolbens, ge­ führt werden. Hierzu ist es bevorzugt wenn die Führung der Kolbenstange diese mehr als hälftig bis ganzseitig 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 eine flexible Kraftübertragungseinheit, die nicht zwei-achsig flexibel wie beispielsweise die vorstehend beschriebene Druckfeder mit innenliegendem Zugseil ist, sondern ein-achsig flexibel ist. Eine de­ rartige Einheit ist beispielsweise eine Kette, ein Gliederband, ein Scharnierband, 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 Kraftübertragungsein­ heiten sind selbstverständlich auch anders 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 (8)

1. Antriebseinheit, bestehend aus einer Standard-Kol­ ben/Zylinder-Einheit, die einen Kolben aufweist, der über ein Druckmittel, das in den Zylinder (1) einbringbar ist, bewegbar ist und mit einer starren Kolbenstange verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Kolbenstange an ihrem kolbenfernen Ende mit einer bezüglich der Kolben­ stangenachse flexiblen Kraftübertragungseinheit (3) verbunden ist und daß eine Führungseinheit vorgesehen ist, die einen geradlinigen Abschnitt (4′) und einen einen Krümmungsradius aufweisenden Abschnitt (4′′) vorsieht, wobei der geradlinige Abschnitt (4′) am Zylinder (1) angebracht ist und wenigstens die Ausfahrlänge (12) der Kolbenstange aufweist, und in der die flexible Kraftübertragungseinheit (3) geführt ist.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Kraftübertragung­ seinheit (3) eine Länge aufweist, die wenigstens um die Bogen­ länge des den Krümmungsradius aufweisenden Abschnittes (4′′) der Führungseinheit größer als die Ausfahrlänge (l₂) der Kolbenstange ist.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Kraftübertragungs­ einheit (3) mit einem weiteren Abschnitt verbunden ist, der die nachgeordnete Einheit antreibt.

4. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Kraftübertragungs­ einheit (3) zwei-achsig flexibel ist.

5. Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Kraftübertragung­ seinheit (3) aus einer Druckfeder (6) mit in­ nenliegendem Zugseil (7), aus Gliederelementen, einem Gummistrang oder einem Schlauch besteht.

6. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Kraftübertragungs­ einheit (3) ein-achsig flexibel ist.

7. Antriebseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Kraftübertragungs­ einheit (3) aus einer Kette, einem Scharnierband, einer Blatt­ feder, aus dünnem Bandstahl, aus einem Textil- oder Gummi­ band bzw. einem Flachgummi besteht.

8. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Kraftübertragungs­ einheit (3) durch die einen Krümmungsradius aufweisende Füh­ rung um 90° umgelenkt ist.