EP0057818B1 - Fluidbetätigter Antrieb - Google Patents

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EP0057818B1
EP0057818B1 EP82100187A EP82100187A EP0057818B1 EP 0057818 B1 EP0057818 B1 EP 0057818B1 EP 82100187 A EP82100187 A EP 82100187A EP 82100187 A EP82100187 A EP 82100187A EP 0057818 B1 EP0057818 B1 EP 0057818B1
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cylinder
piston
force transmitting
transmitting element
drive according
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Walter Reist
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Feramatic AG
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Feramatic AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit

Definitions

  • the present invention relates to a fluid-operated drive, in particular a traction and / or thrust drive, according to the preamble of claim 1.
  • a single-acting drive of this type is known from FR-A-2 208 062, which has a U-shaped curved hydraulic cylinder, which consists of two straight cylinder sections and an arc.
  • a piston is guided in the interior of the first cylinder section, the movement of which is transmitted to a cylindrical end piece via a movable pressure transmission element consisting of balls.
  • the latter is guided in the other cylinder section and is connected to a load-bearing arm which extends through a longitudinal slot in the second cylinder section.
  • the balls of the pressure transmission element which runs completely inside the hydraulic cylinder, are guided through the inner wall of the cylinder. This inner wall also serves to guide the piston.
  • the known drive has the further disadvantage that the movement of the load-bearing arm is limited to the region of the second cylinder section and, moreover, can only take place in the longitudinal axis of this cylinder section.
  • the present invention has for its object to provide a drive of the type mentioned, in which the diameter of the piston can be selected independently of the diameter of the power transmission element and thus the piston can be acted upon on both sides with working fluid.
  • the separation of the guide for the force transmission element and the cylinder wall, along which the piston is guided, allows the diameter of the force transmission element to be selected independently of the piston diameter.
  • the latter can thus be chosen larger than the diameter of the power transmission element. which allows a pressure medium to be applied to the piston on opposite sides and in this way to obtain a double-acting drive unit. There is no contact between the cylinder wall and the force transmission element, as a result of which wear of the cylinder wall by the moving force transmission element is avoided.
  • the movable power transmission element which can be spatially guided in connection with the cylinder, is properly guided both outside the cylinder and inside the cylinder, since the guide elements inside the cylinder prevent the force transmission element from buckling when it is under pressure.
  • the force transmission element is formed by a ball-and-socket link chain, both tensile and compressive forces can be correctly transmitted with each spatial guidance of the force transmission element.
  • the drive shown in FIGS. 1-4 in perspective and in different sectional views has a pneumatic cylinder-piston unit 1.
  • a hydraulic cylinder-piston unit can also be used.
  • the cylinder 2 of the cylinder-piston unit 1 is formed in a manner known per se by a cylinder jacket 3 and two cylinder heads 4 and 5.
  • the two cylinder heads 4 and 5 are braced against each other by means of clamping bolts 6.
  • Each tensioning bolt has a thread at its two ends 6a and 6b. With the end 6a, the clamping bolts are screwed into the cylinder head 5.
  • a piston 10 Arranged in the interior of the cylinder 2 is a piston 10, which is driven in a known manner to and fro in the axial direction of the cylinder 2.
  • a flexible, movable force transmission element 11 is connected to the piston 10.
  • This force transmission element 11 is formed by a ball joint link chain, which is of a type known per se.
  • the individual links 12 of the ball joint link chain are connected to one another by means of ball joints, which enable the mobility of space.
  • the piston 10 is provided with a connecting link 13, to which the first link 12 'of the ball joint link chain 11 is connected.
  • the clamping bolts 6 are arranged distributed around the circumference of the ball joint link chain 11 and thus form a straight guide for the ball joint link chain 11.
  • the ball joint link chain 11 is guided outside the cylinder-piston unit 1 through a guide tube 14, which runs spatially in the desired manner which can be selected as desired, as can be seen from FIG. 1.
  • the guide formed by the tensioning bolts 6 and the guide tube 14 prevents the ball joint link chain 11 from buckling and ensures that the link chain 11 can move back and forth along the desired movement path.
  • the guide tube 14 is connected to an extension 5a of the cylinder head 5 in a manner known per se for tube connection.
  • a union nut 15 is screwed onto this extension 5a, which cooperates with a cutting and wedge ring 16.
  • the guide tube 14 is in contact with a support ring 17, which in turn is supported on a retaining ring 18 (circlip) which is embedded in the extension 5a.
  • This locking ring 18 is used to secure the position of a sealing sleeve 19, which is applied to the locking ring 18 via a further support ring 20.
  • the guide tube 14 is provided with a longitudinal slot 21 extending in its longitudinal direction, through which a coupling element 22 extends, which is fastened to the front end of the ball joint link chain 11.
  • the drive is drive-connected to the object to be moved via this coupling element 22.
  • Each cylinder head 4 or 5 is provided with a feed channel 23 or 24 (FIGS. 2 and 3) for a pressure medium, which in the present case is for compressed air.
  • a feed channel 23 or 24 is connected to a connection, as is shown in FIG. 3 with the connection 25.
  • These connections can be connected to a compressed air source via a switching valve.
  • This drive has the advantage that the object to be moved can not only be moved back and forth in the extension of the axis of the cylinder 2, but also along an arbitrary spatial path. Since it is possible due to the mobility of the force transmission element 11 to guide the guide tube 14 away in any direction immediately following the cylinder piston unit 1, the installation length required can be limited to a dimension that is only slightly greater than the length of the cylinder 2. Since, as already mentioned, the course of the guide tube 14 can be chosen arbitrarily in space, any obstacles can be avoided without difficulty.
  • the longitudinal slot 21 in the guide tube 14 extends close to the cylinder-piston unit 1, there is a risk that foreign particles which have penetrated into the guide tube 14 through this longitudinal slot 21 can get between the chain links 12 and then into the interior of the cylinder 2.
  • this longitudinal slot 21 can be covered, for example.
  • the movable power transmission element 11 can be formed, for example, by a flexible tube which can be filled with a gaseous or liquid medium under pressure for reinforcement.
  • the power transmission can also be through a flexible rod, e.g. B. made of plastic, a cable, a wire rope or the like.
  • the drive described can find a wide variety of applications. So it is conceivable, for example, to operate flaps and windows with this drive and curtains, e.g. B. Open and close theater curtains on circular stages. Furthermore, this drive can also be used in the in DE-A-2 842 116 or the corresponding US-A-. 4 229 134 described stacking device to move the ejector back and forth.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen fluidbetätigten Antrieb, insbesondere einen Zug-und/oder Schubantrieb, gemäss Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Ein einfach wirkender Antrieb dieser Art ist aus der FR-A-2 208 062 bekannt, der einen U-förmig gekrümmten Hydraulikzylinder aufweist, welcher aus zwei geraden Zylinderabschnitten sowie einem Bogen besteht. Im Innern des ersten Zylinderabschnittes ist ein Kolben geführt, dessen Bewegung über ein aus Kugeln bestehendes, bewegliches Druckübertragungselement auf ein zylindrisches Endstück übertragen wird. Letzteres ist im anderen Zylinderabschnitt geführt und ist mit einem Lasttragarm verbunden, der sich durch einen Längsschlitz im zweiten Zylinderabschnitt hindurcherstreckt. Die Kugeln des Druckübertragungselementes, das vollständig im Innern des Hydraulikzylinders verläuft, sind durch die Innenwand des Zylinders geführt. Diese Innenwand dient gleichzeitig auch der Führung des Kolbens. Infolge des Abrollens der Kugeln an der Innenwand des Zylinders tritt an dieser Innenwand eine gewisse Abnützung auf, was zur Folge haben kann, dass die Dichtungen des Kolbens nicht mehr an der Innenwand des ersten Zylinderabschnittes anliegen, was einen unerwünschten Austritt des Druckmediums aus dem Druckraum des Zylinders mit sich bringt. Da die Kugeln des Druckübertragungselementes im weiteren denselben Durchmesser haben müssen wie der Kolben, der dem Innendurchmesser des Zylinders gleich ist, kann der Kolben im Durchmesser nicht grösser gemacht werden, ohne gleichzeitig den Durchmesser der Kugeln entsprechend zu vergrössern.
  • Im weiteren besteht die Gefahr, dass Fremdpartikel wie z. B. Schmutzteilchen durch den Schlitz im zweiten Zylinderabschnitt ins Innere des Zylinders eintreten können. Der bekannte Antrieb hat den weiteren Nachteil, dass sich die Bewegung des Lasttragarmes auf den Bereich des zweiten Zylinderabschnittes beschränkt und zudem nur in der Längsachse dieses Zylinderabschnittes erfolgen kann.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Durchmesser des Kolbens unabhängig vom Durchmesser des Kraftübertragungselementes gewählt werden kann und somit eine beidseitige Beaufschlagbarkeit des Kolbens mit Arbeitsfluid möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst.
  • Die Trennung von Führung für das Kraftübertragungselement und Zylinderwand, entlang der der Kolben geführt wird, erlaubt es, den Durchmesser des Kraftübertragungselementes unabhängig vom Kolbendurchmesser zu wählen. Letzterer kann damit grösser als der Durchmesser des Kraftübertragungselementes gewählt werden. was es erlaubt, den Kolben auf sich gegenüberliegenden Seiten mit einem Druckmedium zu beaufschlagen und auf diese Weise eine doppeltwirkende Antriebseinheit zu erhalten. Zwischen der Zylinderwand und dem Kraftübertragungselement besteht keine Berührung, wodurch eine Abnützung der Zylinderwand durch das sich bewegende Kraftübertragungselement vermieden wird.
  • Das raumbewegliche Kraftübertragungselement, das im Anschluss an den Zylinder beliebig räumlich geführt werden kann, ist sowohl ausserhalb des Zylinders wie auch im Zylinderinnern einwandfrei geführt, verhindern doch die Führungselemente im Innern des Zylinders ein Ausknicken des Kraftübertragungselementes bei dessen Druckbelastung.
  • Wird, wie das bei einer bevorzugten Ausführungsform der Fall ist, das Kraftübertragungselement durch eine Kugelgelenk-Gliederkette gebildet, so lassen sich bei jeder räumlichen Führung des Kraftübertragungselementes sowohl Zug- wie auch Druckkräfte einwandfrei übertragen.
  • Eine besonders einfache und kompakte Ausführung ergibt sich, wenn die im Innern des Zylinders verlaufenden Führungselemente durch die die Zylinderköpfe miteinander verbindenden Bolzen gebildet werden. Durch das Verlegen der üblicherweise auf der Aussenseite des Zylinders angeordneten, die Zylinderköpfe gegeneinander verspannenden Bolzen ins Innere des Zylinders kann diesen Bolzen somit noch die weitere Aufgabe der Geradführung des Kraftübertragungselementes im Zylinder übertragen werden.
  • Im folgenden werden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen rein schematisch :
    • Figur 1 perspektivisch einen erfindungsgemässen Antrieb,
    • Figur 2 in gegenüber der Fig. 1 vergrössertem Massstab den Antrieb im Längsschnitt,
    • Figur3 und 4 in gegenüber der Fig. 2 vergrössertem Massstab einen Schnitt entlang der. Linie 111-111 bzw. IV-IV in Fig. 2, und
    • Figur5 in zur Fig.2 analoger Schnittdarstellung eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemässen Antriebes.
  • Der in den Fig. 1-4 perspektivisch und in verschiedenen Schnittdarstellungen gezeigte Antrieb weist eine pneumatische Zylinder-Kolbeneinheit 1 auf. Es versteht sich jedoch, dass auch eine hydraulische Zylinder-Kolbeneinheit Verwendung finden kann. Der Zylinder 2 der Zylinder-Kolbeneinheit 1 wird auf an sich bekannte Weise durch einen Zylindermantel 3 und zwei Zylinderköpfe 4 und 5 gebildet. Die beiden Zylinderköpfe 4 und 5 werden mittels Spannbolzen 6 gegeneinander verspannt. Im Gegensatz zu bekannten Ausführungen verlaufen jedoch die Spannbolzen 6 im Innern des Zylinders 2. Jeder Spannbolzen weist an seinen beiden Enden 6a und 6b ein Gewinde auf. Mit dem Ende 6a sind die Spannbolzen in den Zylinderkopf 5 eingeschraubt. Auf das gegenüberliegende Ende 6b der Spannbolzen 6, mit welchem diese Bolzen 6 den Zylinderkopf 4 durchdringen, sind Muttern 7 aufgeschraubt, mittels denen die Verspannung der Zylinderköpfe 4, 5 erfolgt. Zwischen jedem Zylinderkopf 4, 5 und dem Zylindermantel 3 ist ein Dichtungsring 8 bzw. 9 angeordnet.
  • Im Innern des Zylinders 2 ist ein Kolben 10 angeordnet, der auf ebenfalls bekannte Weise in Achsrichtung des Zylinders 2 hin- und hergehend angetrieben wird. Mit dem Kolben 10 ist ein flexibles, raumbewegliches Kraftübertragungselement 11 verbunden. Dieses Kraftübertragunselement 11 wird durch eine Kugelgelenk-Gliederkette gebildet, welche an sich bekannter Bauart ist. Bezüglich Aufbau und Wirkungsweise dieser Kugelgelenk-Gliederkette wird auf die DE-A-2 220 259 verwiesen. Die einzelnen Glieder 12 der Kugelgelenk-Gliederkette sind mittels Kugelgelenken miteinander verbunden, welche die Raumbeweglichkeit ermöglichen. Der Kolben 10. ist mit einem Verbindungsglied 13 versehen, mit dem das erste Glied 12' der Kugelgelenk-Gliederkette 11 verbunden ist.
  • Wie insbesondere die Fig. 2 und 4 zeigen, sind die Spannbolzen 6 um den Umfang der Kugelgelenk-Gliederkette 11 verteilt angeordnet und bilden so eine Geradführung für die Kugelgelenk- Gliederkette 11. Ausserhalb der Zylinder-Kolbeneinheit 1 erfolgt die Führung der Kugelgelenk- Gliederkette 11 durch ein Führungsrohr 14, welches räumlich auf die gewünschte und an sich beliebig wählbare Weise verläuft, wie das aus Fig. 1 hervorgeht. Die durch die Spannbolzen 6 und das Führungsrohr 14 gebildete Führung verhindert ein Ausknicken der Kugelgelenk-Gliederkette 11 und 'stellt sicher, dass sich die Gliederkette 11 entlang der gewünschten Bewegungsbahn vorwärts und rückwärts verschieben kann.
  • Das Führungsrohr 14 ist auf eine bei Rohrverbindung an sich bekannte Weise mit einem Fortsatz 5a des Zylinderkopfes 5 verbunden. Zu diesem Zwecke ist auf diesen Fortsatz 5a eine Ueberwurfmutter 15 aufgeschraubt, welche mit einem Schneid- und Keilring 16 zusammenwirkt. Das Führungsrohr 14 steht an einem Auflagering 17 an, der sich seinerseits an einem Sicherungsring 18 (Seegerring) abstützt, welcher in den Fortsatz 5a eingelassen ist. Dieser Sicherungsring 18 dient zur Lagesicherung einer Dichtbüchse 19, welche über einen weitern Auflagering 20 am Sicherungsring 18 ansteht.
  • Wie die Fig. 2 zeigt, ist das Führungsrohr 14 mit einem sich in seiner Längsrichtung erstreckenden Längsschlitz 21 versehen, durch den sich ein Kopplungselement 22 erstreckt, welches am vordem Ende der Kugelgelenk-Gliederkette 11 befestigt ist. Ueber dieses Kopplungselement 22 wird der Antrieb mit dem zu bewegenden Objekt antriebsverbunden.
  • Jeder Zylinderkopf 4 bzw. 5 ist mit einem Zuführungskanal 23 bzw. 24 (Fig. 2 und 3) für ein Druckmedium, das im vorliegenden Fall für Druckluft ist, versehen. Jeder Zuführungskanal 23, 24 ist mit einem Anschluss verbunden, wie das in Fig. 3 anhand des Anschlusses 25 dargestellt ist. Ueber ein Schaltventil sind diese Anschlüsse mit einer Druckluftquelle verbindbar.
  • Die Wirkungsweise des beschriebenen Antriebes ist wie folgt :
    • Durch Beaufschlagung des Kolbens 10 mit Druckluft wird dieser auf bekannte Weise im Zylinder 2 hin- und herbewegt. Die Kugelgelenk- Gliederkette 11 macht diese Bewegung des Kolbens 10 mit und verschiebt sich entsprechend im Führungsrohr 14. Die Bewegung des Kolbens 10 wird somit über das Kopplungselement 22 auf den zu bewegenden Gegenstand übertragen.
  • Dieser Antrieb hat den Vorteil, dass der zu bewegende Gegenstand nicht nur in Verlängerung der Achse des Zylinders 2 hin- und herbewegt werden kann, sondern entlang einer beliebig verlaufenden räumlichen Bahn. Da es wegen der Raumbeweglichkeit des Kraftübertragungselementes 11 möglich ist, das Führungsrohr 14 unmittelbar im Anschluss an die Zylinder Kolbeneinheit 1 in einer beliebigen Richtung wegzuführen, kann die erforderliche Einbaulänge auf ein Mass beschränkt werden, das nur wenig grösser ist als die Länge des Zylinders 2. Da, wie bereits erwähnt, der Verlauf des Führungsrohres 14 im Raum beliebig gewählt werden kann, lassen sich allfällige Hindernisse ohne Schwierigkeiten umgehen.
  • Da beim gezeigten Ausführungsbeispiel der Längsschlitz 21 im Führungsrohr 14 bis nahe an die Zylinder-Kolbeneinheit 1 heranreicht, besteht die Gefahr, dass durch diesen Längsschlitz 21 ins Führungsrohr 14 eingedrungene Fremdpartikel zwischen die Kettenglieder 12 und anschliessend ins Innere des Zylinders 2 gelangen können. Um ein solches Eindringen von Fremdkörpern zu verhindern, kann beispielsweise dieser Längsschlitz 21 abgedeckt werden. Im weitern ist es möglich, um die Kugelgelenk-Gliederkette 11 eine flexible, schlauchförmige Hülle 26 anzuordnen, wie das in Fig. 5 gezeigt ist. Diese Hülle 26 verhindert, dass Fremdpartikel in Lücken zwischen den Kettengliedern 12 gelangen können. Im übrigen entspricht die in Fig. 5 geweigte Variante dem Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 1-4.
  • Es ist selbstverständlich möglich, das raumbewegliche Kraftübertragungselement 11 anders als wie gezeigt auszubilden. So lässt sich letzteres beispielsweise durch ein flexibles Rohr bilden, das zur Versteifung mit einem gasförmigen oder flüssigen, unter Druck stehenden Medium gefüllt sein kann. Das Kraftübertragungsetemeht kann auch durch eine flexible Stange, z. B. aus Kunststoff, ein Kabel, ein Drahtseil oder dgl. gebildet werden.
  • Durch die Verwendung einer doppeltwirkenden Zylinder-Kolbeneinheit 1 ist es möglich, eine Kraftwirkung in beiden Bewegungsrichtungen des Kolbens 10 zu erzeugen. Der Antrieb wirkt somit als Schub- und Zugantrieb. Es ist jedoch auch möglich, nur eine einfach wirkende Zylinder-Kolbeneinheit vorzusehen, wobei dann die Rückstellung des Kolbens 10 in eine Endlage durch die mit der Kugelgelenk-Gliederkette 11 gekoppelte Last oder durch andere geeignete Mittel, z. B. durch Federkraft, zu erfolgen hat.
  • Der beschriebene Antrieb kann die verschiedensten Anwendungen finden. So ist es beispielsweise denkbar, mit diesem Antrieb Klappen und Fenster zu betätigen und Vorhänge, z. B. Theatervorhänge bei Rundbühnen, zu öffnen und zu schliessen. Im weitern kann dieser Antrieb auch dazu verwendet werden, in der in der DE-A-2 842 116 bzw. der entsprechenden US-A-. 4 229 134 beschriebenen Stapelvorrichtung das Ausstossorgan hin und her zu bewegen.

Claims (8)

1. Fluidbetätigter Antrieb, insbesondere Zug-und/oder Schubantrieb, mit einer Zylinder-Kolbeneinheit (1), die einen in einem geraden Zylinder (2) hin- und hergehend geführten Kolben (10) und ein mit dem Kolben verbundenes, sich durch ein Zylinderende (5) erstreckendes, raumbewegliches Kraftübertragungselement (11) aufweist, das innerhalb und ausserhalb des Zylinders (2) durch eine in Bewegungsrichtung verlaufende Führung (6, 14) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) einen grösseren Aussendurchmesser als das raumbewegliche Kraftübertragungselement (11) aufweist, und dass der im Innern des Zylinders (2) verlaufende Abschnitt der Führung aus gegenüber der Zylinderwandung mit Abstand abgeordneten und den Kolben (10) in Zylinderlängsrichtung durchdringenden langgestreckten Führungselementen. (6) gebildet ist.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder-Kolbeneinheit (1) doppeltwirkend ausgebildet ist, wobei in dem vom Kraftübertragungselement (11) durchdrungenen Zylinderende (5) eine Dichtung (19) zum Abdichten des Spaltes zwischen dem Kraftübertragungselement (11) und dem Zylinder (2) angeordnet ist.
3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement durch eine Kugelgelenkgliederkette (11) gebildet ist.
4. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement durch ein flexibles Element, z. B. ein flexibles Rohr oder eine flexible Stange, gebildet ist.
5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der gerade Zylinder (2) aus einem Zylindermantel (3) und zwei Zylinderköpfen (4, 5) besteht und die Führungselemente durch die die Zylinderköpfe (4, 5) miteinander verbindenden Bolzen (6) gebildet sind.
6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (11) ausserhalb des Zylinders (2) in einem mit der Zylinder-Kolbeneinheit (1) verbundenen Führungsrohr (14) geführt ist.
7. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr (14) mit wenigstens einem Längsschlitz (21) versehen ist, durch den ein am Kraftübertragungselement (11) befestigtes, mit dem zu bewegenden objekt verbindbares Kopplungselement (22) hindurchtritt.
8. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (11) von einer flexiblen Hülle (26) umgeben ist.
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CH87481 1981-02-10

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