DE4030730A1 - Mechanische bewegungseinheit zum umsetzen von medial getriebener linearer hubbewegung in umlaufende radialbewegung mittels hubkurvenelement - Google Patents

Description

Mechanische Bewegungseinheit zum Umsetzen von medial getriebener linearer Hubbewegung in umlaufende Radialbewegung mittels Hubkurvenelement.

Die Erfindung betrifft eine Bewegungseinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ist erfindungs­ gemäß als Grundelement eines modularen Fertigungssystems für Handhabung und Montage gedacht.

Das Umsetzen von linear-achsialen mechanischen Bewegungen in radiale Abläufe mittels Hubkurven­ element oder Hubringschiene, wie z. B. DE 30 28 201 beschreibt, ist im Prinzip nicht neu und entspricht dem Stand der Technik, wie es gattungsgemäß nicht neu ist, wenn mit Hilfe eines Mediums und einer Hubringschiene vertikale Bewegung in eine zu den Kolbenachsen parallele Radialbewegung umgesetzt wird, oder, wie in der DE 36 13 353 beschrieben, eine motorisch getriebene Schrauben-Wendelfläche Radialbewegung in achsparallel-lineare wandelt. Das genannte Konzept 36 13 353 ist unkompliziert und fertigungsfreundlich, doch in der dargestellten Ausführung beim Kraftschluß der kugelförmigen Kolbenenden mit der Schrauben-Wendelfläche entsteht außerordentliche, wärmebildende Friktion und infolge­ dessen vorzeitiger Verschleiß, dem durch achiale radiale Lagerung mittels Kugel- und Wälzlagern effektiv begegnet werden könnte.

Zu nennen ist weiterhin die Neuerung 23 61 175, die das Arbeitsmedium am direktestem in Radialbewegung mittels Hubkurve umsetzt aber im technischen Aufbau und Wirkung - wie 36 13 353 motorisch koaxial und fertigungstechnisch aufwendig ist, was zur wirtschaftlichen Fertigung größere Potentiale erfordert.

Technisch nicht realisierbar ist die Anmeldung G 84 05 888 vom 25.02.84 in der konstruktiv dargestellten Ausführung. Auch ein konstruktives Beispiel sollte - vorzugsweise in den Elementen mit bestimmender Funktion - mehr als fragmentarisch ausgedrückt sein. Die als Neuerungs­ anspruch genannte "vertieft eingearbeite Hubkurve" ist Stand der Technik.

Nicht gattungsgemäß, aber zweckentsprechend, ist ein marktübliches Hubkolbenelement, daß hydraulisch-pneu­ matisch betrieben axial-lineare Bewegung in radiale umsetzt indem eine Kolbenstange in einem Teil des Umfangs mit Zahnprofilen versehen ist und eine vertikal (90) zur Hubrichtung gelagerte Welle mit Zahnrad radial treibt, aber die so aktivierte Drehbewegung nicht umlaufend, sondern nur entsprechend der Hublänge der Kolbenstange in vor- und rückwärts Intervallen möglich ist.

Noch zu nennen ist das Europatent eines französischen Anmelders 00 69 039 der die medial und vertikal getrie­ benen Kolbenelemente mittels Hubkurve in Rotation ver­ setzt und eine wiederum senkrecht zu den Kolbenachsen gelagerte Welle mit Hilfe eines Winkelzahnradtriebs konventioneller Art treibt.

Die Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale das kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der folgenden Aufgabenstellung beschrieben.

Eine mechanische Bewegungskomponente, die linear angetrieben, z. B. durch mechanisches Verbinden mit einem medial betriebenem Hubkolbenelement markt­ üblicher Ausführung, linear-axiale Bewegungen in Radiale umsetzt und in entgegengesetzter Funktion, bei radialem Antrieb, Radialbewegungen in linear-axiale umsetzen kann und als Grund­ element eines modularen Handhabungs- und Bear­ beitungssystems Bewegungsabläufe in 3 Dimensionen und unterschiedlichen Ebenen ermöglicht, aber in der konstruktiven Ausgestaltung dem Produkt und Potential entsprechend angepaßt werden kann, eine flexible und wirtschaftliche Alternative zu den Robotersystemen ist und als Antriebsmittel die teureren und in der Funktion nicht betriebs­ sicheren, im Anwendungsfall vielmals überquali­ fizierten, elektrischen Schrittmotoren ersetzt. Der Aufgabenstellung gemäß ist die Neuerung vorzugs­ weise als Produktionsmittel für die dem Preisdruck besonders ausgesetzte Zulieferer Industrie gedacht, die wegen des geringeren Gewinnmarginals andere wirtschaftliche Voraussetzungen hat und Investitionen langfristiger und vielseitiger nutzen muß als z. B. die Automobilhersteller, die den lohnintensiven Teil der Produktion den Zuliefern überlassen, unter diesen das Produktionsvolumen aufteilen und selbst moderne Produktionsmittel (Robotersysteme) und Fertigungs­ prozesse einsetzen kann, die Investition, Nutzung und Abschreibung schon aus fiskalischen Gründen erfordert.

Beschreibung

Der treibende und tragende Teil der Bewegungseinheit bestehend aus dem Hubkolbenelement (1) und der zum Element gehörenden zentrischen Aufnahme (2) sind axial kraft- und formschlüssig mit der hülsenartig, zylindrischen Kolbenstange (3) und der an einem Ende befindlichen flanschartigen Ausformung (7) mittels Verschraubung (22) und eines weiteren, stärkerem Flanschelementes (20; 21) zu einer Einheit mechanisch verbunden, während das freie Ende (17) der Kolbenstange (3) stirnseitig ein Lagerelement (15) durch eine Rastnute (13) und Rastnase (14) und den Stiften (16) axial und radial absichert. Das stirnseitige Lagerelement (15) ist für die axiale Absicherung des Radiallagers (23) des rotierenden Zylinders (10; 11; 12) erforderlich und für weitere Funktionen, wie radiale Abstützung der Kolbenstange (3) und Aufnahme, wie radiale Absicherung stirnseitig montierter Zahn.- und Riementriebelemente (29; 30) anwendbar.

In der Kolbenstange (3) ist das Zwischenelement bestehend aus den Teilen (4; 5; 6 u. 8) mittels 2 nutenartigen (9) und diametral zueinander angeordneten Längsführungen linear und axial formschlüssig stabilisiert. Das zylindrische Lagerelement (4) ist einmal mit einem Innengewinde (24) versehen, das zur Verschraubung mit der Kolbenstange vorgesehen ist und in vertikaler Richtung eine Bohrung zur Aufnahme des Stiftelementes (5) mit den Lagerrollen (6) hat und zwei Gleitflächen (8) sind zur besseren linearen Stabilisation in den Fürungsnuten (9) eingearbeitet.

Die durch das Zwischenelement (Teile 4, 5, 6 u. 8) übertragene Linearkraft wird mittels der Rollenlager (6) des senkrecht zur Kolbenachse im Zwischenstiftelement gelagerten Stift­ elementes (5) und der Hubkurve (11) des Rotationszylinders (10, 12) in Radialbewegung umgesetzt. Die Rollen sind zur Minderung der Friktion und Verschleißes sphärisch (an den Abrollflächen) geformt und bewegen sich mit einem Spiel von minimal 0,2 mm in der Führung der Hubkurven (11). Die Hubkurvenelemente (10) sollten aus verschleißfestem Lagermaterial, wie CU SN oder Nietrierstahl, gefertigt sein, während die Rollenlager (5) in dargestellter Art und Qualität nur eine der Möglichkeiten ist. Die fertigungsgleichen Hubkurvenelemente (10) sind axial aber diametral zueinander versetzt (bei sinusförmiger Ausführung in vorgesehener Form der Hubkurve, 2 Amplituden vorausgesetzt, = 90°). Die Hubkurven-Zylinderelemente sind durch Vernieten oder Punktschweißen (bei Stahl) mit dem trageendem des rotierenden Zylinders (12) verbunden. Eine Montage- und Demontage-Öffnung für das Stiftelement (5) mit den dem besonderem Verschleiß ausgesetzten Lagerrollen (6) ist vorzusehen.

Insgesamt entspricht die Darstellung der Neuerung einer Prototypenausführung. Eine dem Produkt und Potential entsprechende Serienausführung setzt praktische Erfahrungs­ werte voraus.

Auf den folgenden Seiten ist die Neuerung als Beispiel konstruktiv - in Projektion und Perspektive - dargestellt und beschrieben:

Fig. 1 Schnitt 1-1, Zusammenstellung - in der Längsachse geschnitten - mit allen Einzelheiten, einschl. Schrauben­ verbindung mit Hubkolbenverbindung.

Fig. 2 Schnitt 11-11, halbiertes Schnittbild mit Dar­ stellung des Hubkurvenelementes mit Hubkurve.

Fig. 3 Hubkurvenelemente (10) Hubkurven (11) .

Fig. 4 Kolbenstange (3) mit Linearführungen (9).

Fig. 5 Stiftelement mit den Lagerrollen (6) und Gleit­ flächen (8).

Fig. 6 Stiftelement (4) mit Innengewinde (24).

Fig. 7 Flansch (20) mit 4 Stück mit Stabilisationsnocken.

Fig. 8 Austauschbares Zahnradelement mit Rastnase wie Teil (30) Fig. 9.

Fig. 10 Bewegungseinheit mit 2 Radialantriebselementen und Hubkolbenelement (31) mit durchgehender Kolbenstange.

Fig. 11 mit parallel liegenden Radialantriebselementen (25) Hubtransferelement (26) und einem Hubkolbenantriebselement (27).

Fig. 12 Bewegungseinheit mit einem Radialantriebselement (25) einem Hubtransferelement (26) und zwei Stück Hubkolbenelementen (25) und resultierendem höherem Antriebsmoment.

Wie in Phantomlinien angedeutet sind weitere modulare Montagemöglichkeiten gegeben.

Claims (3)

1. Bewegungseinheit zum mechanischem Umsetzen von linear-axialen Bewegungen in radiale Abläufe dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Körper, allgemein als Kolbenelement bezeichnet, um seine Achse drehbar gelagert ist und mit einer sinusförmig in Kolbenebene verlaufenden Hubkurve und einem mechanisch transferierendem Zwischenelement mit der Kolbenstange kraftschlüs­ sig verbunden eine mechanische Einheit bildet, die linear-axial angetrieben Linearbewegungen in radiale umsetzt und in entgegengesetzter Funktion, bei radialem Antrieb, Radialbewegungen in linear-axiale umkehren kann.

2. Bewegungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange an einem Ende flanschartig ausge­ formt und mittels Zentrierung und Verschraubung mit einem medial betriebenem Hubkolbenelement marktüblicher Ausführung zu einer Antriebseinheit axial gekuppelt ist.

3. Bewegungseinheit nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß senkrecht zur Kolbenachse ein Zwischen­ stiftelement in der hohlförmigen Kolbenstange mittels axialer Führung kraft-und formschlüssig gelagert ist und mit abrollenden Lagern versehen den Kraftschluß zwischen der Hubkurve des Rotationszylinders und der Kolbenstange erstellt und umsetzt.