DE4422528C2 - Fluidbetätigte Antriebseinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine fluidbetätigte Antriebseinheit, mit einem im Innern einen Gehäuseraum aufweisenden Gehäuse, mit ei­ nem in dem Gehäuseraum angeordneten und dort zwei Arbeitskammern voneinander abteilenden bewegbaren Kolben, mit im Gehäuse ver­ laufenden, in die beiden Arbeitskammern ausmündenden Fluidkanä­ len zur Zufuhr und/oder Abfuhr des zum Bewegungsantrieb des Kol­ bens verwendeten Arbeitsfluides, und mit zwei jeweils einer der beiden Arbeitskammern zugeordneten, elektrisch betätigbare Ven­ tilantriebe aufweisenden Wegeventilanordnungen zur Steuerung der Zufuhr und Abfuhr des Arbeitsfluides bezüglich der jeweils zuge­ ordneten Arbeitskammern.

Eine derartige fluidbetätigte Antriebseinheit geht in Gestalt eines elektrohydraulischen Stellantriebes aus der DE 32 13 135 A1 hervor. Zur Regulierung der Zufuhr und Abfuhr des Arbeits­ fluides bezüglich der Arbeitskammern ist sie mit zwei Wegeven­ tilanordnungen ausgestattet, die als 3/2-Wegeventile ausgeführt sind. Jedes dieser 3/2-Wegeventile kann verursachen, daß entwe­ der Arbeitsfluid in die zugeordnete Arbeitskammer zugeführt oder aus dieser abgeführt wird. Bezüglich der Ansteuerungsart liegen also "entweder-oder" -Verhältnisse vor. Die den 3/2-Wegeventilen zugeordneten Ventilantriebe sind als Elektromagnete ausgeführt, wobei entsprechend der Zufuhr elektrischer Signale die Schalt­ stellung eines jeweiligen Wegeventils vorgegeben werden kann.

Bei der bekannten Antriebseinheit wird die geringe Flexibilität und geringe Dynamik der Steuerung der Fluidzufuhr und -abfuhr bezüglich der Arbeitskammern als verbesserungswürdig angesehen. Die vorhandenen Ansteuermöglichkeiten sehen je Arbeitskammer nur die wahlweise Verbindung mit der Druckmittelquelle oder dem Rücklauf vor, was insgesamt nur die Möglichkeiten bietet, den Kolben mit einer bestimmten Geschwindigkeit in die eine oder an­ dere Richtung zu bewegen oder bei Gleichbetätigung der beiden Wegeventilanordnungen einen Ruhezustand des Kolbens durch iden­ tische beidseitige Druckbeaufschlagung hervorzurufen. Pulsie­ rende Ansteuerungen sind zwar vorgesehen, ändern jedoch nichts an den ausschließlich möglichen Schaltstellungen. Darunter lei­ det auch die Dynamik, also die Schnelligkeit, mit der geänderten externen Gegebenheiten durch Steuerung der Fluidbeaufschlagung Rechnung getragen werden kann.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine fluid­ betätigte Antriebseinheit der eingangs genannten Art zu schaf­ fen, die eine flexiblere und dynamischere Ansteuerung des zu be­ wegenden Kolbens ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 vorgesehen, daß die beiden Wegeventilanordnungen jeweils zwei unabhängig voneinander ansteuerbare 2/2-Wegeventile umfassen, von denen jeweils das eine 2/2-Wegeventil die Fluid­ zufuhr und das andere die Fluidabfuhr bezüglich der zugeordneten Arbeitskammer steuert, und daß jedem dieser vier 2/2-Wegeventile als Ventilantrieb ein elektrisch betätigbarer Festkörperaktor, beispielsweise ein piezo-elektrischer oder ein magnetostriktiver Aktor, zugeordnet ist.

Mit einer derart ausgestalteten Antriebseinheit ist es möglich, bezüglich einer jeweiligen Arbeitskammer die Vorgänge der Fluid­ zufuhr und der Fluidabfuhr bei Bedarf zu überlagern. Man kann also pro Arbeitskammer nicht nur entweder eine Fluidzufuhr oder eine Fluidabfuhr bewirken, sondern zusätzlich bei Bedarf die Verbindung vollständig absperren oder beispielsweise einer vor­ genommenen Fluidabfuhr gegen Ende des Kolbenhubes eine kontrol­ lierte Fluidzufuhr parallelschalten. Auf diese Weise ist ein sanftes Abbremsen des Kolbens in der Endlage möglich. Weitere abgestimmte Betriebsverhalten können verwirklicht werden, wobei auch unter den 2/2-Wegeventilen beider Arbeitskammern abge­ stimmte Betriebsweisen realisierbar sind. In diesem Zusammenhang hat die Ausgestaltung der Ventilantriebe als Festkörperaktoren den Vorteil, daß infolge ihres raschen Ansprechverhaltens und der hohen Dynamik ein sehr gutes Steuerverhalten vorliegt, wobei auf externe Veränderungen überaus rasch und bei Bedarf auch sehr feinfühlig reagiert werden kann.

Sowohl Festkörperaktoren als auch 2/2-Wegeventile sind zwar als solches Stand der Technik. So werden beispielsweise in der Ver­ öffentlichung "Aktoren in Systemen der Automatisierungstechnik", Prof. Dr. -Ing. habil. H. Janocha, Lehrstuhl für Prozeßautomati­ sierung (LPA), Universität des Saarlandes, Seite 3, unterschied­ liche Arten von Festkörperaktoren erwähnt. Hinsichtlich der er­ findungsgemäß vorgesehenen paarweisen Zuordnung von Wegeventilen in Verbindung mit ihrer besonderen Ansteuerbarkeit sind aller­ dings keine weiteren Hinweise vorhanden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen aufgeführt.

Eine besonders kompakte Bauweise liegt vor, wenn die vier auch als Sperrventile bezeichenbaren 2/2-Wegeventile und die Fest­ körperaktoren zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig in im Gehäuse der Antriebseinheit ausgebildeten Aufnahmeräumen aufgenommen sind. Handelt es sich bei der Antriebseinheit um einen Linearantrieb, also einen Arbeitszylinder mit linear be­ weglichen Kolben, erfolgt die Integration der 2/2-Wegenventile und der Festkörperaktoren vorzugsweise paarweise in den beiden Abschlußwänden oder den daran angrenzenden Bereichen des Gehäu­ ses.

Bevorzugt sind die Festkörperaktoren an eine elektronische Steuer- und/oder Regeleinheit angeschlossen, von der sie ihre Betätigungssignale erhalten, und die zweckmäßigerweise eben­ falls in das Gehäuse der Antriebseinheit integriert ist. Die Steuer- und/oder Regeleinheit kann eine der Antriebseinheit zugeordnete Feldbusstation enthalten, die mit serieller Daten­ übertragung arbeitet, so daß es möglich ist, die Antriebsein­ heit mit weiteren Einrichtungen als Bestandteil eines vernetz­ ten Systems einzusetzen, das vor allem in der Automatisie­ rungstechnik seinen Einsatz findet.

Die Schaltlogik bezüglich aller vier 2/2-Wegeventile ermög­ licht eine weitgehend beliebige Differenzierung im Druckver­ lauf bzw. in der Druckeinstellung der beiden Arbeitskammern - z. B. Vorentlüften oder Gegenbelüften -, um somit die Kolben­ bewegung umfassend zu steuern. Auf diese Weise ist beispiels­ weise auch eine Endlagendämpfung mit annähernd aperiodischem Verhalten realisierbar.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeich­ nung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine erste Bauform einer fluidbetätigten Antriebs­ einheit in scheinatischer Darstellung im Längsschnitt gemäß Schnittlinie I-I aus Fig. 2, wobei es sich um einen pneumatisch betätigten kolbenstangenlosen Ar­ beitszylinder in Gestalt eines sogenannten Schlitz­ zylinders handelt, und

Fig. 2 eine Stirnansicht auf die Antriebseinheit aus Fig. 1 mit Blickrichtung gemäß Pfeil II.

Die beispielsgemäße fluidbetätigte Antriebseinheit ist ein Li­ nearantrieb in Gestalt eines kolbenstangenlosen Arbeitszylin­ ders. Es versteht sich, daß es sich auch um einen Arbeitszy­ linder mit Kolbenstange handeln kann. Darüber hinaus läßt sich die erfinderische Idee durchaus auch bei rotativ arbeitenden Antriebseinheiten einsetzen, beispielsweise bei Schwenkantrie­ ben.

Die abgebildete Antriebseinheit verfügt über ein allgemein mit l bezeichnetes langgestreckten Gehäuse, das sich im wesentli­ chen aus einem Zylinderrohr 2 und zwei an die offenen Enden des Zylinderrohres 2 unter Abdichtung stirnseitig angesetzten, als Abschlußdeckel ausgebildeten Abschlußwänden 3, 3′ zusam­ mensetzt. Das Zylinderrohr 2 ist als Profilrohr ausgebildet und hat außen, wie auch die Abschlußwände 3, 3′, vorzugsweise eine im wesentlichen rechteckige und insbesondere quadratische Außenkontur, wie es die Fig. 2 deutlich macht. Allerdings sind auch Profilierungen anderer Gestalt möglich. Es handelt sich bei dem Zylinderrohr 2 zweckmäßigerweise um ein Strang­ preß-Profilteil, das aus Aluminiummaterial bestehen kann.

Im Inneren des Gehäuses 1 befindet sich ein sich beispielsge­ mäß über die gesamte axiale Länge des Zylinderrohres 2 er­ streckender Gehäuseraum 4 mit je nach Bedarf kreisförmiger oder unkreisförmiger Kontur. In ihm ist in Richtung der Längsachse 5 des Gehäuses 1 hin und her beweglich ein Kolben 6 aufgenommen, der den Gehäuseraum 4 in zwei axial aufeinander­ folgende Arbeitskammern 7, 7′ unterteilt. Hierzu trägt der Kolben 6 eine beispielsgemäß aus zwei Dichtringen bestehende Dichtungsanordnung 8.

Die Bewegung des Kolbens 6 läßt sich außerhalb des Gehäuses 1 an einem Abtriebsteil 12 abgreifen. Dieses ist vorliegend von einem z. B. laschenähnlichen Mitnehmer 13 gebildet, der am Kolben 6 befestigt ist und einen Längsschlitz 14 des Zylinder­ rohres 2 radial durchsetzt. Der Längsschlitz 14 erstreckt sich über die gesamte Länge des Zylinderrohres 2. Radial innen an dem Längsschlitz 14 ist ein flexibles Dichtband 15 angeordnet, das endseitig an den beiden Abschlußwänden 3, 31 befestigt ist und die einer jeweiligen Arbeitskammer 7, 7′ zugeordneten Längsschlitzpartien dicht verschließt. Axial zwischen den bei­ den Dichtringen der Dichtungsanordnung 8 wird das Dichtband 15 vom Längsschlitz 14 abgehoben, so daß der Mitnehmer 13 vorbei­ greifen und den Längsschlitz 14 durchsetzen kann. Derartige kolbenstangenlose Arbeitszylinder sind allgemein bekannt, bei­ spielsweise aus der PCT-Veröffentlichung WO 93/10360, so daß sich an dieser Stelle weitere Ausführungen erübrigen.

Es wäre auch denkbar, zwischen dem Kolben 6 und dem Abtriebs­ teil 12 eine berührungslose magnetische Kopplung vorzusehen, so daß der Längsschlitz 14 entfallen kann. Auch könnte bei um­ fangsseitig geschlossenem Zylinderrohr 2 an dem Kolben 6 eine Kolbenstange angebracht sein, die eine oder beide Abschluß wände 3, 3′ axial durchsetzt und deren außerhalb des Gehäuses 1 liegenden Abschnitte das Abtriebsteil 12 bilden.

Um den Kolben 6 in die gewünschte axiale Richtung zu bewegen, wird in die Arbeitskammern 7, 7′ bzw. aus den Arbeitskammern 7, 7′ ein Arbeitsfluid in gewünschter Weise zugeführt bzw. ab­ geführt. Beispielsgemäß ist das Arbeitsfluid Druckluft. Es strömt bei der Zufuhr und Abfuhr durch Fluidkanäle 16 hin­ durch, die beim Ausführungsbeispiel in den beiden Abschlußwän­ den 3, 3′ verlaufen. In jeder Abschlußwand 3, 3′ erstreckt sich ein Zufuhrkanal 17, 17′ und ein getrennt von diesem aus­ gebildeter Abfuhrkanal 18, 18′, die jeweils mit ihrem einen Ende in die benachbarte Arbeitskammer 7, 7′ ausmünden (Mün­ dungen 22, 22′). Mit ihrem jeweiligen anderen Ende sind sie zur Außenfläche der betreffenden Abschlußwand 3, 3′ hin offen, wobei sich an die entsprechenden Mündungen 23, 23′ in an sich bekannter Weise Druckmittelleitungen anschließen lassen, um von einer Druckmittelquelle P stammendes Arbeitsfluid zuzu­ führen oder ausströmendes Arbeitsfluid gefaßt abzuführen (durch das Entlüftungssymbol R angedeutet). Das durch die Ab­ fuhrkanäle 18, 18′ entweichende Arbeitsfluid kann ohne wei­ teres in einem Sammelkanal zusammengefaßt und einheitlich ab­ geführt werden. Im übrigen wäre es auch ohne weiteres möglich, bei pneumatisch betriebenen Antriebseinheiten die Abluft di­ rekt an die Umgebung abzulassen, wobei an den Mündungen 23, 23′ dann zweckmäßigerweise Schalldämpfer angebracht werden. Zur wunschgemäßen Steuerung der Zufuhr und Abfuhr des zum Be­ wegungsantrieb des Kolbens 6 verwendeten Arbeitsfluides ist eine Wegeventilanordnung vorgesehen, die sich aus vier 2/2-We­ geventilen 24, 24′, 25, 25′ zusammensetzt. Jeweils eines die­ ser vier 2/2-Wegeventile 24, 24′, 25, 25′ ist in einen der vier Fluidkanäle 16; 17, 17′, 18, 18′ eingeschaltet und ge­ stattet eine Einflußnahme auf den Fluiddurchfluß durch den zu­ geordneten Fluidkanal 16. Jedes 2/2-Wegeventil 24, 24′, 25, 25′ kann eine Schließstellung einnehmen, bei der kein Durch­ fluß durch den zugeordneten Fluidkanal 16 möglich ist - eine solche Schließstellung liegt beim Ausführungsbeispiel bei dem den Abfuhrkanal 18 in der einen Abschlußwand 3 beherrschenden 2/2-Wegeventil 25 und bei dem den Zufuhrkanal 17′ in der ande­ ren Abschlußwand 3′ beherrschenden 2/2-Wegeventil 24′ vor. Möglich ist ferner als zweite Schaltstellung eine beim Ausfüh­ rungsbeispiel bei den anderen 2/2-Wegeventilen 24, 25′ vorlie­ gende Offenstellung, die einen maximalen Durchfluß durch den zugeordneten Fluidkanal 16 gestattet. Jedes dieser Ventile kann darüber hinaus vorzugsweise beliebige Zwischenstellungen zwischen der Schließstellung und der Offenstellung einnehmen, wobei der Öffnungsgrad ein Maß für die mögliche Fluiddurch­ flußmenge ist, die sich somit variieren läßt.

Um eine problemlose Einstellung der jeweils gewünschten Schaltstellung - hier sind auch die Zwischenstellungen gemeint - zu ermöglichen, ist jedem 2/2-Wegeventil 24, 24′, 25, 25′ ein elektrisch betätigbarer Ventilantrieb 26 zugeordnet, der vorzugsweise von einem sogenannten Festkörperaktor 27 gebildet ist. Die Festkörperaktoren 27 des Ausführungsbeispiels sind piezoelektrischer Art und enthalten jeweils mindestens ein Piezoelement, das mit dem Ventilschieber des zugeordneten We­ geventils verbunden ist oder diesen ganz oder teilweise bil­ det. Bei Anlegung einer Spannung deformiert sich das Piezoele­ ment (inverser piezoelektrischer Effekt) und verursacht pro­ portional zur Deformation eine Änderung der Schaltstellung. Es wäre ohne weiteres möglich, mehrere Piezoelemente in einer Stapelanordnung zusammenzufassen, die sich als Stapeltransla­ tor bezeichnen ließe, um bei gleicher Spannung größere Wegän­ derungen zu erzielen. Der gleiche Effekt wäre auch über das Prinzip des Biegebalkens zu erreichen.

Eine weitere bevorzugte Bauform eines Festkörperaktors basiert auf dem sogenannten magnetostriktiven Wirkungsprinzip. Hier wird die den Schaltvorgang auslösende Querschnitts- und/oder Längenänderung eines normalerweise ferromagnetischen magneto­ striktiven Elements dadurch erzeugt, daß es einem Magnetfeld geeigneter Stärke ausgesetzt wird.

Beim Ausführungsbeispiel ist ein jeweiliges 2/2-Wegeventil mit dem zugeordneten Festkörperaktor 27 in Baueinheit 28 ausge­ führt, so daß sich eine besonders kompakte Bauweise verwirkli­ chen läßt.

Somit liegt eine Anordnung vor, wobei die vier 2/2-Wegeventile 24, 24′, 25, 25′ paarweise jeweils einer der beiden Arbeits­ kammern 7, 7′ zugeordnet sind. Das einer jeweiligen Arbeits­ kammer 7, 7′ zugeordnete Wegeventilpaar 24, 25; 24′, 25′ ge­ stattet eine voneinander unabhängige Steuerung der Fluidzufuhr und der Fluidabfuhr bezüglich der zugeordneten Arbeitskammer 7, 7′.

Um die Antriebseinheit möglichst kompakt auszubilden, sind die vier sich jeweils aus einem 2/2-Wegeventil und dem zugeordne­ ten Festkörperaktor 27 zusammensetzenden Baueinheiten 28 in das Gehäuse 1 integriert. Jede Baueinheit 28 sitzt in einem Aufnahmeraum 32′ der in der einer jeweiligen Arbeitskammer 7, 7′ zugeordneten Abschlußwand 3, 3′ ausgenommen ist. Ein jewei­ liges Wegeventilpaar 24, 25; 24′, 25′ ist somit versenkt in der zugeordneten Abschlußwand 3, 3′ angeordnet, und zwar vor­ zugsweise derart, daß sich über die Gehäuseaußenfläche hinaus kein oder kein wesentlicher Überstand ergibt. Die Montagerich­ tung verläuft beim Ausführungsbeispiel parallel zur Längsachse 5, indem die Montageöffnungen 33 der Aufnahmeräume 32 axial gerichtet sind.

Bei entsprechend ausgebildetem Gehäuse 1 und insbesondere bei geeigneter Wandstärke des Zylinderrohres 2 könnten die Bauein­ heiten 28 auch zumindest teilweise in den an eine jeweilige Abschlußwand 3, 3′ angrenzenden Endabschnitten des Zylinder­ rohres 2 aufgenommen sein.

Im Falle des Ausführungsbeispiels ist nun ferner in das Ge­ häuse 1 und vorzugsweise in mindestens eine der Abschlußwände 3, 3′ eine elektronische Steuer- und/oder Regeleinheit 34 in­ tegriert. Vorliegend sitzt sie im Inneren der in Fig. 1 links liegenden Abschlußwand 3. Sie ist in einer Gehäusetasche 35 untergebracht. Über gestrichelt angedeutete elektrische Lei­ tungen 36 steht die Steuer- und/oder Regeleinheit 34 mit den vier Festkörperaktoren 27 in elektrischer Verbindung. Die elektrischen Leitungen 36 verlaufen vorzugsweise im Gehäusein­ neren in geeigneten, nicht näher dargestellten Kanälen, wobei die zur in Fig. 1 rechts gelegenen Abschlußwand 3′ und den in dieser angeordneten Festkörperaktoren 27 führenden elektri­ schen Leitungen 36 in der Wand des Zylinderrohres 2 im Um­ fangsbereich des Gehäuseraumes 4 verlaufen können. Es kann sich bei ihnen z. B. um isolierte Drähte oder Leiterbahnen handeln.

Die Festkörperaktoren 27 erhalten von der Steuer- und/oder Re­ geleinheit 34 die notwendigen Betätigungssignale und zwar zweckmäßigerweise sowohl die erforderliche Betätigungsenergie wie auch die eigentlichen Schaltbefehle. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 34 kann derart ausgelegt sein, daß sie autark ar­ beitet, kann jedoch auch von außerhalb, beispielsweise von ei­ ner zugeordneten zentralen Steuereinrichtung, die notwendigen Befehle erhalten. Möglich ist es ferner, an der Antriebsein­ heit eine Feldbusstation 39 vorzusehen, die an beliebiger Stelle des Gehäuses 1 angeordnet sein kann und vorzugsweise Bestandteil der Steuer- und/oder Regeleinheit 34 ist. Es wäre dann ein Anschluß an einen externen Feldbus 37 denkbar. Die Antriebseinheit könnte als Bestandteil eines vernetzten Be­ triebssystems verwendet werden, beispielsweise in der Handha­ bungs- und/oder Automatisierungstechnik.

Die beispielsgemäße Antriebseinheit ist ferner mit Sensoren ausgestattet, die der Erfassung bestimmter Betriebszustände der Antriebseinheit dienen und deren Signale der Steuer­ und/oder Regeleinheit 34 zugeführt werden. Beispielsgemäß sind Drucksensoren 38 vorhanden, über die der aktuelle Fluiddruck in den Arbeitskammern 7, 7′ bestimmt wird. Lediglich strich­ punktiert angedeutet ist die Möglichkeit der Ausstattung mit einem insbesondere berührungslos arbeitenden Positionsgeber 42, der ein binärer Schalter sein kann, oder mit einem Wegmeß­ system 43, wobei diese Einrichtungen mit dem Kolben 6 oder mit einem von diesem bewegten Bauteil zusammenwirken.

Die beispielsgemäße Antriebseinheit läßt sich ohne weiteres in konventionellem Sinne derart betreiben, daß die 2/2-Wegeven­ tile 24, 24′, 25, 25′ als Schaltventile eingesetzt werden, die jeweils nur in der Offenstellung oder in der Schließstellung gehalten werden. Um den Kolben 6 in Fig. 1 nach rechts zu be­ wegen, würde man beim einen Wegeventilpaar 24, 25 das zufuhr­ seitige 2/2-Wegeventil 24 in die Offenstellung und das ab­ strömseitige Wegeventil 25 in die Schließstellung schalten, während man bei dem der anderen Arbeitskammer 7′ zugeordneten Wegeventilpaar 24′, 25′ die Schaltstellungen gerade umgekehrt vorsehen würde. Der Kolben 6 bewegt sich dann nach rechts. Die umgekehrte Bewegungsrichtung läßt sich bei entgegengesetzten Schaltstellungen erzielen.

Darüber hinaus sind aber noch weit komfortablere Steuer- und Regelvorgänge möglich. Ohne Anspruch auf Vollständigkeit zu erheben, wird auf die Möglichkeit einer Proportionalansteue­ rung hingewiesen, wobei der einem jeweiligen Fluidkanal 16 zur Verfügung gestellte Durchflußquerschnitt von der am zugeordne­ ten Festkörperaktor 27 angelegten Spannung abhängt. Ferner wäre eine getaktete Ansteuerung bzw. eine pulsbreitenmodu­ lierte Betätigung möglich, wobei die Fluiddurchströmrate über die Anzahl der Öffnungs- und Schließzyklen des angesteuerten 2/2-Wegeventils beeinflußt wird. Eine derart flexible Ansteue­ rung erlaubt eine weitgehend beliebige Differenzierung im Druckverlauf bzw. in der Druckeinstellung der beiden Arbeits­ kammern 7, 7′. Man kann ohne weiteres beide 2/2-Wegeventile 24, 25; 24′, 25′ eines jeweiligen Wegeventilpaares gleichzei­ tig schalten um beispielsweise in der abströmseitigen Arbeits­ kammer durch zeitweiliges Verschließen beider Fluidkanäle 16 oder auch durch zeitweiliges Öffnen des Zufuhrkanals 17, 17′ die Druckbedingungen in der angeschlossenen Arbeitskammer 7, 7′ bedarfsgemäß einzustellen. Es ist dann beispielsweise mög­ lich, den Kolben 6 bei Annäherung an seine Endlagen sanft und gleichförmig, mit annähernd aperiodischem Bewegungsverhalten abzubremsen.

Während bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die in eine je­ weilige Arbeitskammer 7, 7′ ausmündenden Fluidkanäle 16 an der Außenfläche der zugeordneten Abschlußwand 3, 3′ ausmünden, wäre es bei einer vorteilhafteren Bauform denkbar, die betref­ fenden Mündungen 23, 23′ zentral zusammenzufassen, beispiels­ weise an lediglich einer der beiden Abschlußwände 3, 3′. Die Verbindung zur gegenüberliegenden Abschlußwand könnte dann im Rahmen einer integrierten Luftführung durch in der Wand des Zylinderrohres 2 verlaufende Verbindungskanäle erfolgen. Es ergäbe sich dadurch eine kompakte, vor äußeren Einflüssen bes­ ser als bei außenliegenden Schlauchverbindungen geschützte Einheit.

Die beispielsgemäße Antriebseinheit gestattet unter Verwendung einfacher binärer Zylinderschalter (binäre Ortssensierung) und/oder Drucksensoren am Zylinder bzw. Gehäuse die Steuerung und/oder Regelung verschiedenster Bewegungsabläufe wie z. B. Schnell-/Langsamfahren oder Druckeinstellungen. Ferner können unter Verwendung adaptierter oder integrierter ortsauflösender Sensorik und/oder Drucksensorik steuer- bzw. regelbare Posi­ tionen angefahren oder Geschwindigkeits- bzw. Beschleunigungs­ profile gefahren werden. Zusammen mit einer Feldbusstation bzw. einem Feldbuscontroller läßt sich eine lokale, intelli­ gente Einheit für die vernetzte Automation verwirklichen.

Claims (15)

1. Fluidbetätigte Antriebseinheit, mit einem im Innern einen Gehäuseraum (4) aufweisenden Gehäuse (1), mit einem in dem Ge­ häuseraum (4) angeordneten und dort zwei Arbeitskammern (7, 7′) voneinander abteilenden bewegbaren Kolben (6), mit im Ge­ häuse (1) verlaufenden, in die beiden Arbeitskammern (7, 7′)ausmün­ denden Fluidkanälen (16) zur Zufuhr und/oder Abfuhr des zum Bewegungsantrieb des Kolbens (6) verwendeten Arbeitsfluides, und mit zwei jeweils einer der beiden Arbeitskammern (7, 7′) zugeordneten, elektrisch betätigbare Ventilantriebe (26) aufweisenden Wegeventilanordnungen zur Steuerung der Zufuhr und Abfuhr des Arbeitsfluides bezüglich der jeweils zugeordneten Arbeitskammern (7, 7′), dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wegeventilanordnungen jeweils zwei unab­ hängig voneinander ansteuerbare 2/2-Wegeventile (24, 24′, 25, 25′) umfassen, von denen jeweils das eine 2/2-Wegeventil (24, 24′) die Fluidzufuhr und das andere (25, 25′) die Fluidabfuhr be­ züglich der zugeordneten Arbeitskammer (7, 7′) steuert, und daß jedem dieser vier 2/2-Wegeventile (24, 24′, 25, 25′) als Ventilantrieb (26) ein elektrisch betätigbarer Festkörper­ aktor (27), beispielsweise ein piezoelektrischer oder ein magnetostriktiver Aktor, zugeordnet ist.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der vier 2/2-Wegeventile (24, 24′, 25, 25′) zusammen mit seinem Festkörperaktor (27) zumindest teilweise und vor­ zugsweise vollständig in einem im Gehäuse (1) ausgebildeten Aufnahmeraum (32) aufgenommen ist.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Festkörperaktoren (27) an eine elektro­ nische Steuer- und/oder Regeleinheit (34) angeschlossen sind, von der sie ihre Betätigungssignale erhalten.

4. Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und/oder Regeleinheit (34) im Innern des Ge­ häuses (1) untergebracht ist.

5. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörperaktoren (27) an eine insbe­ sondere im oder am Gehäuse (1) angeordnete Feldbusstation (39) angeschlossen sind.

6. Antriebseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie Bestandteil eines vernetzten Automatisierungssystems (37) ist.

7. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , da­ durch gekennzeichnet, daß die 2/2-Wegeventile (24, 24′, 25, 25′) durch entsprechende Ansteuerung der zugeordneten Festkörper­ aktoren (27) als Schaltventile und/oder als Mengenproportional­ ventile und/oder als pulsbreitenmodulierte Schnellschaltven­ tile betrieben werden.

8. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am oder im Gehäuse (1) mindestens ein Sen­ sor (38, 42, 43) zur Erfassung mindestens eines bestimmten Be­ triebszustandes vorgesehen ist, dessen Signale bei der An­ steuerung der Festkörperaktoren (27) berücksichtigt werden.

9. Antriebseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor ein binärer Schalter (42) und/oder ein Druck­ sensor (38) und/oder ein Wegmeßsystem (43) vorgesehen ist.

10. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ventilglieder der 2/2-Wegeventile (24, 24′, 25, 25′) zumindest teilweise Bestandteil des zuge­ ordneten Festkörperaktors (27) sind.

11. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens ein Festkörperaktor (27) von einer gestapelten Piezoanordnung gebildet ist.

12. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß sie als Arbeitszylinder ausgebildet ist, wobei das Gehäuse (1) ein insbesondere als Profilrohr ausgebildetes Zylinderrohr (2) und zwei das Zylinderrohr (2) an seinen beiden Enden verschließende Abschlußwände (3, 3′) umfaßt und der Kolben (6) axial bewegbar in dem Zylinderrohr (2) angeordnet ist.

13. Antriebseinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie als kolbenstangenloser Arbeitszylinder ausgebildet ist.

14. Antriebseinheit nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die 2/2-Wegeventile (24, 25; 24′, 25′) paar­ weise in den beiden Abschlußwänden (3, 3′) oder den daran jeweils angrenzenden Endabschnitten des Zylinderrohres (2) an­ geordnet sind.

15. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß jedes 2/2-Wegeventil mit dem zuge­ ordneten Festkörperaktor (27) als Baueinheit (28) ausgebildet ist.