EP1872019B1

EP1872019B1 - Antriebsvorrichtung mit stellungsregler

Info

Publication number: EP1872019B1
Application number: EP06707111A
Authority: EP
Inventors: Bernd Beuth; Uwe Mödinger
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2005-04-22
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2026-02-21
Also published as: DE502006005291D1; CN101163891A; DK1872019T3; US20080060509A1; DE202005006795U1; US7520208B2; EP1872019A1; CN101163891B; ATE447673T1; WO2006114147A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, die einen fluidbetätigten Antrieb aufweist und die einen die Positionierung des Abtriebsteils ermöglichenden Stellungsregler mit Regelungselektronik und Ventileinrichtung umfasst.
Bei einer derartigen, aus der DE 199 37 597 A1 bekannten Antriebsvorrichtung sind ein Regler und ein Stellantrieb in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Ebenfalls in dem Gehäuse befindet sich ein von dem elektronischen Regler ansteuerbares Regelventil, über das die Fluidbeaufschlagung zweier Zylinderkammern des fluidbetätigten Antriebes gesteuert wird. Mit der Integration der Reglerelemente und des Stellantriebes in einem gemeinsamen Gehäuse wird insbesondere bezweckt, auf eine mechanische Kopplungsstelle und die daraus resultierenden Positionierungenauigkeiten verzichten zu können.
Zwar wird in der vorgenannten DE 199 37 597 A1 ein Integrationsgedanke verfolgt, dies jedoch unter eher allgemeinen Aspekten und ohne Darlegung konkreter Realisierungsformen.
Abweichend von der vorstehend beschriebenen lagegeregelten Antriebsvorrichtung beschreibt die DE 100 21 744 A1 eine Antriebsvorrichtung mit vorwiegend auf einer Druckregelung basierendem Stellungsregler. Die einzelnen Regelungskomponenten sind hier gesondert vom fluidbetätigten Antrieb ausgebildet oder daran angebaut.
Eine Antriebsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus DE 3524414 A1 bekannt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung mit Stellungsregler vorzuschlagen, die über kompakte Abmessungen verfügt und leicht montierbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Antriebsvorrichtung, mit einem fluidbetätigten Antrieb, der ein Antriebsgehäuse aufweist, das einen Antriebsraum definiert, in dem sich mindestens ein durch Fluidbeaufschlagung linear verstellbarer, mit einem Abtriebsteil bewegungsgekoppelter Antriebskolben befindet, und mit einem für die Positionierung des mindestens einen Antriebskolbens zuständigen, eine Regelungselektronik und eine Ventileinrichtung aufweisenden Stellungsregler, der Bestandteil einer Reglerpatrone ist, die von der dem Antriebsraum axial entgegengesetzten Seite her durch eine Installationsöffnung hindurch als Baueinheit in einen durch einstückige Verlängerung des Antriebsgehäuses axial im Anschluss an den Antriebsraum definierten Aufnahmeraum des Antriebsgehäuses eingesetzt ist.
Bei dieser Antriebsvorrichtung ist der Stellungsregler unmittelbar im Gehäuse des fluidbetätigten Antriebes aufgenommen. Die Installation ist sehr einfach, weil der Stellungsregler zu einer als Reglerpatrone bezeichneten Baueinheit gehört, die patronenartig in einen dafür vorgesehenen Aufnahmeraum in axialer Verlängerung des Antriebsraumes eingesetzt ist. Es erübrigen sich separate Installations- und Befestigungsmaßnahmen für die einzelnen Komponenten des Stellungsreglers, da diese innerhalb der Reglerpatrone vormontiert werden können, so dass sich die Installation vor Ort am Antrieb auf wenige Handhabungsmaßnahmen verringert. Der Begriff "Antriebskolben" soll auch im Sinne einer Antriebsmembran verstanden werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Der Antriebsraum und der Aufnahmeraum befinden sich zweckmäßigerweise axial aufeinanderfolgend im Innenraum eines einstückigen Rohrkörpers des Antriebsgehäuses. Ein solcher Rohrkörper kann in der Regel kostengünstig durch Strangpressen hergestellt werden. Man benötigt lediglich einen Rohrkörper geeigneter Länge, um gleichzeitig den Antriebsraum und den sich daran direkt anschließenden Aufnahmeraum vorzugeben.
Prinzipiell wäre es möglich, die Unterteilung zwischen dem Antriebsraum und dem Aufnahmeraum innerhalb des Antriebsgehäuses durch eine gesonderte Trennwand vorzunehmen. Wesentlich vorteilhafter wird jedoch eine Bauform eingestuft, bei der die eingesetzte Reglerpatrone selbst eine den Antriebsraum fluiddicht begrenzende und vom Aufnahmeraum abtrennende Abschlusswand bildet. Durch die Installation der Reglerpatrone wird somit nicht nur der Stellungsregler eingebaut, sondern gleichzeitig die zweckmäßige Abtrennung von dem im Betrieb unter Fluiddruck stehenden Antriebsraum vorgenommen.
Bei der Abschlusswand handelt es sich insbesondere um einen als Bestandteil der Reglerpatrone ausgeführten Scheibenkörper, der umfangsseitig mit einer Dichtung versehen ist, die mit der Umfangsfläche des Innenraumes des Antriebsgehäuses in Dichtkontakt steht.
Es ist ferner zweckmäßig, wenn die in das Antriebsgehäuse eingesetzte Reglerpatrone gleichzeitig einen die Installationsöffnung des Aufnahmeraumes verschließenden Verschlussdeckel bildet. Dadurch kann auf einen ansonsten eventuell erforderlichen separaten Verschlussdeckel verzichtet werden. Bei entsprechender Ausgestaltung kann der Verschlussdeckel im Zusammenwirken mit dem Antriebsgehäuse gleichzeitig auch die Einsetztiefe der Reglerpatrone vorgeben. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn es sich bei der Reglerpatrone um ein im Rahmen eines reinen Steckvorganges in den Aufnahmeraum einsetzbares Einsteckteil handelt.
Die Abschlusswand und der Verschlussdeckel sind zweckmäßigerweise über ein oder mehrere Distanzelemente zu einer die Regelungselektronik und die Ventileinrichtung tragenden Tragstruktur zusammengefasst. Beispielsweise können mehrere zueinander beabstandete stabartige Distanzelemente vorgesehen sein, die einenends an der Abschlusswand und andernends am Verschlussdeckel fixiert sind. Die Regelungselektronik und die Ventileinrichtung befinden sich zweckmäßigerweise in dem zwischen der Abschlusswand und dem Verschlussdeckel definierten Zwischenraum.
Sämtliche für die fluidische und elektrische Kommunikation mit externen Einrichtungen vorhandenen fluidischen und elektrischen Schnittstellen sind vorzugsweise an der Reglerpatrone vorgesehen, so dass am Antriebsgehäuse keine entsprechenden Maßnahmen getroffen werden müssen. Dies ermöglicht eine sehr einfache Fertigung des Antriebsgehäuses. Die elektrische Ansteuerung von außen kann sowohl kabelgebunden als auch drahtlos erfolgen.
Bevorzugt sind die Schnittstellen an oder im Verschlussdeckel angeordnet, und zwar insbesondere derart, dass sie von der dem Antriebsraum axial entgegengesetzten Außenseite des Verschlussdeckels her zugänglich sind.
Unter den elektrischen Schnittstellen befindet sich zweckmäßigerweise eine Versorgungsschnittstelle, an die die für den Betrieb des Stellungsreglers erforderliche Versorgungsspannung angelegt werden kann. Außerdem ist mindestens eine Ansteuerschnittstelle vorhanden, die insbesondere dazu dient, dem gewünschten Positions-Sollwert entsprechende Steuersignale durch Anlegen eines mehr oder weniger hohen Ansteuerstromes einzuspeisen. Mindestens eine Ansteuerschnittstelle kann auch als Busschnittstelle ausgeführt sein, die eine Kommunikation mit einer externen elektronischen Steuereinrichtung ermöglicht, wobei der Stellungsregler entsprechend ausgeführt sein kann, um eine Ansteuerung unter Verwendung unterschiedlicher Busprotokolle zu ermöglichen.
Vorzugsweise ist der Verschlussdeckel mit manuell betätigbaren Bedienelementen und/oder mit optischen Anzeigemitteln ausgestattet. Die Bedienelemente ermöglichen beispielsweise eine manuelle Aktivierung bei der anwendungsspezifischen Einrichtung der Antriebsvorrichtung oder zu Wartungszwecken. Auch können mit Hilfe der Bedienelemente Zustandswerte abgerufen werden, die dann über die Anzeigemittel visualisierbar sind.
Die Bedienelemente und/oder Anzeigemittel sind zweckmäßigerweise mit einer zusätzlich zur Regelungselektronik vorhandenen Hilfselektronik elektrisch verschaltet, die zweckmäßigerweise im Innern des Verschlussdeckels untergebracht ist und hierbei auf einer Platine aufgebaut sein kann. Diese Hilfselektronik kann in Verbindung mit einer entsprechend ausgestalteten Ansteuerschnittstelle eine auf das jeweils zu verarbeitenden Protokoll angepasste Buselektronik beinhalten.
Um eine wegabhängige Stellungsregelung des Antriebskolbens mit hoher Präzision vornehmen zu können, ist eine zur Positionserfassung des Antriebskolbens oder einer mit diesem bewegungsgekoppelten Komponente - vereinfacht "Kolbenposition" genannt - geeignete elektronische Positionsmesseinrichtung vorhanden. Diese kann eine in den Antriebsraum hineinragende, bevorzugt stabartig ausgebildete Messkomponente aufweisen, die ein Bestandteil der Reglerpatrone ist und bei der Installation der Reglerpatrone automatisch an Ort und Stelle im Antriebsraum plaziert wird. Zweckmäßigerweise taucht die Messkomponente in Abhängigkeit von der momentanen Axialposition des zugeordneten Antriebskolbens mehr oder weniger tief in den Antriebskolben und eine gegebenenfalls mit diesem verbundene, als Abtriebsteil fungierende Kolbenstange ein.
Die Antriebsvorrichtung kann für die Erzeugung von entweder einer linearen oder einer rotativen Abtriebsbewegung des Abtriebsteils ausgelegt sein. Der fluidbetätigte Antrieb ist dann entweder ein Linearantrieb oder ein Drehantrieb, wobei im Falle des Drehantriebes die Linearbewegung mindestens eines Antriebskolbens in eine Drehbewegung des Abtriebsteils umgesetzt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Figur 1: eine bevorzugte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in einem Längsschnitt,
Figur 2: die Antriebsvorrichtung aus Figur 1 in einer Rückansicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil II aus Figur 1, und
Figur 3: in vereinfachter Darstellung die Antriebsvorrichtung gemäß Figuren 1 und 2 bei vom Antriebsgehäuse entfernter Regelungspatrone im Moment des Einsetzens in den Aufnahmeraum.

Die in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 versehene Antriebsvorrichtung enthält als wesentliche Komponenten einen fluidbetätigten Antrieb 2 und einen diesem zugeordneten Stellungsregler 3.
Der Antrieb 2 besitzt ein als Antriebsgehäuse 4 bezeichnetes Gehäuse mit einem länglichen Gehäusebestandteil, der insbesondere von einem einstückigen, bevorzugt durch Strangpressen hergestellten Rohrkörper 5 gebildet ist. An einer Stirnseite, die im Folgenden zur besseren Unterscheidung als Vorderseite 6 bezeichnet sei, ist der Rohrkörper 5 durch einen Lagerdeckel 7 verschlossen, der gleichzeitig die vordere axiale Begrenzung eines im Antriebsgehäuse 4 ausgebildeten Antriebsraumes 8 bildet, der rückseitig durch eine in den Innenraum 9 des Rohrkörpers 5 eingesetzte Abschlusswand 12 begrenzt ist. In dem Antriebsraum 8 befindet sich ein zu einer linearen Antriebsbewegung 13 antreibbarer Antriebskolben 14, der mit der Innenfläche des Rohrkörpers 5 in gleitendem Dichtkontakt steht und den Antriebsraum 8 in eine an den Lagerdeckel 7 angrenzende vordere Arbeitskammer 15 und eine der Abschlusswand 12 zugeordnete rückwärtige Arbeitskammer 16 unterteilt.
Ein mit dem Antriebskolben 14 bewegungsgekoppeltes Abtriebsteil 17 ist außerhalb des Antriebsgehäuses 4 zugänglich und besitzt dort eine mechanische Schnittstelle 18 zur Verbindung mit einem zu betätigenden Bauteil, beispielsweise ein Schieber eines in der Prozessindustrie eingesetzten Absperrventils. Die Antriebsbewegung 13 des Antriebskolbens 14 verursacht eine an der Schnittstelle abgreifbare Abtriebsbewegung 22, um beispielsweise ein Absperrventil zu öffnen oder zu schließen.
Beim Ausführungsbeispiel ist das Abtriebsteil 17 als Kolbenstange ausgebildet, die den Lagerdeckel 7 unter linearer Führung und abgedichtet durchsetzt. Sie führt entsprechend der Antriebsbewegung 13 eine lineare Abtriebsbewegung 22 aus.
In die erste Arbeitskammer 15 mündet über den Lagerdeckel 7 ein erster Fluidkanal 23. In vergleichbarer Weise steht die rückwärtige Arbeitskammer 16 mit einem die Abschlusswand 12 durchsetzenden zweiten Fluidkanal 24 in Verbindung. Durch diese beiden Fluidkanäle 23, 24 hindurch kann gesteuert ein fluidisches Druckmedium zugeführt und abgeführt werden, um den Antriebskolben 14 linear in der einen oder anderen Richtung zu verlagern oder an einer bestimmten Position festzuhalten.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform ist der fluidbetätigte Antrieb 2 abweichend von dem beispielsgemäßen Linearantrieb ein Drehantrieb. In dessen Antriebsraum 8 befinden sich dann zweckmäßigerweise zwei durch Fluidbeaufschlagung gegensinnig linear verstellbare Antriebskolben, die über Zahnstangen mit einem Ritzel kämmen, das an einer als Abtriebsteil fungierenden, im Antriebsgehäuse 4 drehbar gelagerten Welle angeordnet ist, die rechtwinkelig zu der Richtung der Antriebsbewegung 13 verläuft. Hier bewirkt die durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung hervorgerufene lineare Antriebsbewegung 13 eine rotative Abtriebsbewegung des Abtriebsteils.
Alle Bauformen eignen sich für ein beliebiges gasförmiges oder hydraulisches Druckmedium als Antriebsfluid. Bevorzugt wird allerdings Druckluft eingesetzt. Bei dem fluidbetätigten Antrieb 2 handelt es sich also insbesondere um einen Pneumatikantrieb.
Das Antriebsgehäuse 4 ragt mit seinem Rohrkörper 5 axial über die in seinem Innern plazierte Abschlusswand 12 hinaus und begrenzt axial im Anschluss an den Antriebsraum 8 umfangsseitig einen Aufnahmeraum 25 für den Stellungsregler 3. Der Innenraum 9 des Rohrkörpers 5 hat durchgängig zweckmäßigerweise den gleichen Querschnitt und wird lediglich durch die eingesetzte Abschlusswand 12 in den Antriebsraum 8 und den koaxial in Verlängerung dazu angeordneten Aufnahmeraum 25 unterteilt. Zur Definition des Aufnahmeraumes 25 muss daher kein zusätzliches Gehäuse angebaut werden. Das Antriebsgehäuse 4 fungiert auch als Gehäuse für den Stellungsregler 3.
Der Stellungsregler 3 zeichnet sich dadurch aus, dass seine verschiedenen Komponenten, insbesondere seine Regelungselektronik 26 und seine elektrisch bestätigbare Ventileinrichtung 27, nicht einzeln bzw. gesondert in dem Aufnahmeraum 25 untergebracht sind, sondern über eine als Reglerpatrone 28 bezeichnete Baueinheit, als deren Komponenten sie ausgeführt sind und die patronenartig von der der Vorderseite 6 entgegengesetzten Rückseite 32 her als selbsttragende Einheit axial in den Aufnahmeraum 25 eingesetzt ist. Die Einsetzbewegung ist in Figur 3 bei 33 durch einen Pfeil angedeutet. Beim Einsetzvorgang durchgreift die Reglerpatrone 28 die dem Lagerdeckel 7 axial entgegengesetzt rückseitige Rohröffnung, die mithin als Installationsöffnung 34 fungiert.
Ersichtlich ist die Installation und bei Bedarf Deinstallation des Stellungsreglers 3 sehr vereinfacht, weil lediglich die alle relevanten Komponenten aufweisende Reglerpatrone 28 in das Antriebsgehäuse 4 eingesteckt oder herausgezogen werden muss. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die Reglerpatrone 28 als Einsteckteil konzipiert ist, das ohne überlagerten Dreh- oder Schraubvorgang allein durch eine rein axiale Bewegung eingebaut und entnommen werden kann. Prinzipiell wäre allerdings auch eine überlagerte Drehbewegung möglich, insbesondere gegen Ende der Einsetzbewegung 33.
Es ist von Vorteil, wenn, wie beim Ausführungsbeispiel, die den Antriebsraum 8 im Innern des einstückigen Bestandteils 5 des Antriebsgehäuses 4 axial begrenzende Abschlusswand 12 ein unmittelbarer Bestandteil der Reglerpatrone 28 ist. Somit erübrigt sich eine gesonderte Montage der Abschlusswand 12. Diese wird beim Einsetzen der Reglerpatrone 28 automatisch mit installiert und an der gewünschten Stelle im Innenraum des Antriebsgehäuses 4 plaziert.
Um eine fluiddichte Abtrennung zwischen dem Antriebsraum 8 und dem Aufnahmeraum 25 zu erhalten, trägt die Abschlusswand 12 im Bereich ihres Außenumfanges eine ringsumlaufende Dichtung 35, die mit der Innenfläche des Rohrkörpers 5 in Dichtkontakt steht.
Die Abschlusswand 12 ist beim Ausführungsbeispiel von einem Scheibenkörper gebildet, dessen Umriss dem Querschnitt des Gehäuse-Innenraumes entspricht. Die Dichtung 35 kann in einer Umfangsnut dieses Scheibenkörpers fixiert sein.
Die eingesetzte Reglerpatrone 28 bildet zweckmäßigerweise gleichzeitig auch einen Verschlussdeckel 36 für die Installationsöffnung 34. Mithin gehört der Verschlussdeckel 36 zur Reglerpatrone 28 und wird bei deren Installation bzw. Deinstallation automatisch mit installiert oder deinstalliert und man kann auf einen gesonderten Verschlussdeckel verzichten.
Zweckmäßigerweise übernimmt der Verschlussdeckel 36 im Zusammenwirken mit dem Antriebsgehäuse 4 gleichzeitig auch eine Begrenzungsfunktion, indem er die Einsetztiefe der Reglerpatrone 28 vorgibt. Beim Ausführungsbeispiel ist dies dadurch gelöst, dass der Verschlussdeckel 36 einen größeren Querschnitt als der Aufnahmeraum 25 besitzt, so dass er an der rückwärtigen Stirnfläche 37 des Rohrkörpers 5 zur Anlage gelangt, wenn die gewünschte Einsetztiefe erreicht ist. Ein in der Zeichnung nicht näher dargestellter Zentrierbund an der axialen Innenfläche der Verschlussdeckels 36 taucht zweckmäßigerweise ein Stück weit in den Aufnahmeraum 25 ein und sorgt in Kombination mit der Abschlusswand 12 für eine exakt koaxiale Ausrichtung der Reglerpatrone 28 bezüglich dem Antriebsgehäuse 4.
Die Abschlusswand 12 und der Verschlussdeckel 36 sind durch sich axial zwischen ihnen erstreckende Distanzelemente 38 unter Bildung einer starren Tragstruktur 42 fest miteinander verbunden und auf axialem Abstand zueinander gehalten. An dieser Tragstruktur 42 sitzen sowohl die Regelungselektronik 26 als auch die Ventileinrichtung 27, die beide in dem zwischen der Abschlusswand 12 und dem Verschlussdeckel 36 befindlichen Zwischenraum untergebracht sind.
Die Distanzelemente 38 sind bevorzugt stabförmig ausgebildet und in gleichmäßiger Umfangsverteilung angeordnet. Beim Ausführungsbeispiel sind drei solcher Distanzelemente 38 vorgesehen. Gegenüber einem einzigen, beispielsweise hülsenartigen Distanzelement bietet diese Mehrfachanordnung stabförmiger Distanzelemente 38 den Vorteil, dass dazwischen fensterartige Aussparungen verbleiben, die bei deinstallierter Reglerpatrone 28 den seitlichen Zugriff zu den Komponenten des Stellungsreglers 3 erleichtern.
Die Ventileinrichtung 27 besitzt zwei Arbeitsanschlüsse 43, 44, die mit je einem der Fluidkanäle 23, 24 verbunden sind. Über diese Arbeitsanschlüsse 43, 44 wird das Antriebsfluid bezüglich den Arbeitskammern 15, 16 zu- und abgeführt. Ein Vorteil der illustrierten Bauform besteht darin, dass obgleich die Reglerpatrone 28 eine bezüglich dem Antriebsgehäuse 4 separate Komponente ist, die erforderliche fluidische Verbindung zu den Fluidkanälen 23, 24 automatisch besteht, wenn die Reglerpatrone 28 in ihrer Aufnahmeraum 25 eingesetzt worden ist.
Hierzu beinhaltet die Reglerpatrone 28 einen ersten und einen zweiten Steuerkanal 45, 46. Der zweite Steuerkanal 46 ist mit dem oben erwähnten zweiten Fluidkanal 24 identisch. Er durchsetzt die Abschlusswand 12 und mündet direkt in die sich anschließende rückwärtige Arbeitskammer 16. Über eine bevorzugt flexible Fluidleitung 47a ist er mit dem einen Arbeitsanschluss 44 verbunden.
Der zweite Steuerkanal 46 durchsetzt den Verschlussdeckel 36. Er ist einenends über eine Fluidleitung 47b mit dem anderen Arbeitsanschluss 43 verbunden. Andererseits mündet dieser erste Steuerkanal 45 derart an der der Stirnfläche 37 zugewandten Deckelfläche, so dass er mit dem dort ausmündenden ersten Fluidkanal 23 fluchtet, der die Wandung des Rohrkörpers 5 axial durchsetzt und über den Lagerdeckel 7 in die vordere Arbeitskammer 15 einmündet.
Beim Einsetzen der Reglerpatrone 28 in den Aufnahmeraum 25 wird automatisch eine fluidische Verbindung zwischen dem ersten Steuerkanal 45 und dem ersten Fluidkanal 23 hergestellt. Nicht näher dargestellte Dichtungsmittel zwischen dem Verschlussdeckel 36 und dem Rohrkörper 5 sorgen dabei für einen leckagefreien Fluidübertritt. Da der zweite Steuerkanal 46 direkt zur rückwärtigen Arbeitskammer 16 ausmündet, sind dort keine Abdichtmaßnahmen notwendig.
Da zweckmäßigerweise sämtliche für die fluidische und elektrische Kommunikation mit externen Einrichtungen 48 vorgesehenen fluidischen und elektrischen Schnittstellen 52, 53 an der Reglerpatrone 28 angeordnet sind, bedarf es bei der Installation und Deinstallation der Reglerpatrone 28 insgesamt keiner speziellen Handhabung, um fluidische und/oder elektrische Verbindungen zwischen Reglerpatrone 28 und Antriebsgehäuse 4 herzustellen oder zu lösen.
Die vorgenannten fluidischen und elektrischen Schnittstellen 52, 53 befinden sich zweckmäßigerweise an oder im Verschlussdeckel 36. Hierbei sind sie bevorzugt an der dem Antriebsraum 8 axial entgegengesetzten äußeren Stirnseite des Verschlussdeckel 36 plaziert und sind somit bequem von der Rückseite der Antriebsvorrichtung 1 her zugänglich.
Die fluidischen Schnittstellen 52 enthalten eine Versorgungsschnittstelle 52a und eine Entsorgungsschnittstelle 52b. An der Versorgungsschnittstelle 52a kann über eine lösbar anschließbare externe Fluidleitung 54 eine Fluidverbindung zu einer Druckquelle 48a hergestellt werden, die das Arbeitsmedium liefert.
Über die Entsorgungs-Schnittstelle 52b kann verbrauchtes Arbeitsmedium abgeführt werden. Handelt es sich um Druckluft, kann an der Entsorgungs-Schnittstelle 52b wie abgebildet ein Schalldämpfer 55 installiert sein, der eine geräuscharme Entlüftung zur unmittelbaren Umgebung zulässt. Ansonsten kann an der Entsorgungs-Schnittstelle 52b auch eine das verbrauchte Medium wegführende Fluidleitung angeschlossen werden.
Die fluidischen Schnittstellen 52 kommunizieren mit den Verschlussdeckel 36 durchsetzenden Kanälen 51, die an der der Abschlusswand 12 zugewandten Innenfläche des Verschlussdeckels 36 ausmünden, wo weitere Fluidleitungen 47c, 47d angeschlossen sind, die zu einem Speiseanschluss 56 und einem oder mehreren Entlastungs- bzw. Entlüftungsanschlüssen 57 der Ventileinrichtung 27 führen.
Die internen Fluidleitungen 47a-47d sind beim Ausführungsbeispiel als Druckmittelschläuche ausgeführt. Es kann sich jedoch genauso gut um starre Leitungen handeln oder um in geeigneter Weise in die Reglerpatrone 28 integrierte Kanäle.
Die Ventileinrichtung 27 enthält ein oder mehrere elektrisch betätigbare Steuerventile 58. Sie sind in der Lage, entsprechend ihres Aktivierungszustandes eine dahingehende Ventilbetätigung hervorzurufen, dass die Arbeitskammern 15, 16 zum Zwecke der Positionierung des Antriebskolbens 14 mit Fluid beaufschlagt oder entlastet bzw. entlüftet werden. Beim Ausführungsbeispiel übernimmt die Steuerung ein einziges, als 5/3-Wegeventil ausgeführtes Steuerventil 58a, während ein weiteres Steuerventil 58b lediglich als Sicherheitsventil fungiert, das bei einem Stromausfall eine bevorzugte Schaltstellung einnimmt, die eine Verlagerung des Antriebskolbens 14 und des Abtriebsteils 17 in eine aus Sicherheitsaspekten unbedenkliche Position bewirkt.
Die Ansteuerung der Ventileinrichtung 27 übernimmt die in der Reglerpatrone 28 integrierte Regelungselektronik 26. Diese ist zweckmäßigerweise auf einer oder mehreren Platinen 61 aufgebaut. Beim Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine Platine 61 an der Ventileinrichtung 27 befestigt, die ihrerseits über mindestens ein Befestigungselement 59 axial innen am Verschlussdeckel 36 gehalten ist.
Die für den Betrieb der Ventileinrichtung 27 erforderliche Betriebsenergie bzw. Betriebsspannung wird über eine der elektrischen Schnittstellen 53 eingespeist, die als elektrische Versorgungsschnittstelle 53a fungiert. In dem meisten Fällen liegen hier 24 Volt an. Mindestens eine zusätzliche elektrische Ansteuerschnittstelle 53b ermöglicht die Eingabe eines elektrischen Steuersignals, das als Sollwert für die gewünschte Axialposition des Antriebskolbens 14 fungiert. Der Sollwert wird in der Regelungselektronik 26 verarbeitet und ruft ein elektrisches Steuersignal für die Ventileinrichtung 27 hervor, die dementsprechend die Fluidbeaufschlagung der beiden Arbeitskammern 15, 16 bewirkt.
Über externe elektrische Leitungen 60 kann die Versorgungsschnittstelle 53a an eine Spannungsquelle 48b und die Ansteuerschnittstelle 53b an eine elektronische Steuereinrichtung 48c angeschlossen werden.
Die vorhandene oder eine zusätzliche Ansteuerschnittstelle 53b kann als Busschnittstelle ausgeführt sein, um einen mit einer externen elektronischen Steuereinrichtung 48c kommunizierenden Bus anschließen zu können. Über diesen Bus können dann sowohl Steuersignale herangeführt als auch Rückmeldesignale zurückgeführt werden.
Um den momentanen Istwert der Position des Antriebskolbens 14 und mithin des Abtriebsteils 17 zu erfassen, ist die Antriebsvorrichtung 1 mit einer Positionsmesseinrichtung 63 ausgestattet. Diese beinhaltet eine stabförmige Messkomponente 64, die als Bestandteil der Reglerpatrone 28 ausgeführt ist und ausgehend von der Abschlusswand 12 in den Antriebsraum 8 axial hineinragt. Zweckmäßigerweise ist die Messkomponente 64 dadurch an der Abschlusswand 12 befestigt, dass sie diese unter Abdichtung durchsetzt und lösbar eingeschraubt ist. Über elektrische Leiter 65 ist die Messkomponente 64 innerhalb des Aufnahmeraumes 25 mit der Regelungselektronik 26 elektrisch verknüpft.
Beim Ausführungsbeispiel beinhaltet die Messkomponente 64 ein in einem Schutzrohr 70 angeordnetes Linearpotentiometer mit einem die Leiterbahnen überbrückenden Gleitstück 66, das durch Magnetkraft mit dem Antriebskolben 14 bewegungsgekoppelt ist. Letzterer trägt beim Ausführungsbeispiel an seiner dem Aufnahmeraum 25 zugewandten Rückseite eine Permanentmagneteinrichtung 67, die dafür sorgt, dass das Gleitstück 66 stets mitgenommen wird, so dass ein von der Linearposition abhängiges Positionssignal erzeugt wird.
Die stabförmige Messkomponente 64 taucht in den Antriebskolben 14 und das sich anschließende Abtriebsteil 17 positionsabhängig mehr oder weniger weit ein. Antriebskolben 14 und Abtriebsteil 17 sind zu diesem Zweck wenigstens teilweise hohl ausgebildet.
Die Positionsmesseinrichtung 63 könnte auch auf einem anderen Funktionsprinzip basieren. Wesentlich ist die Hervorrufung eines der Istposition des Antriebskolbens 14 bzw. des Abtriebsteils 17 entsprechenden elektrischen Istwertes, der in der Regelungselektronik 26 mit dem von außen aufgegebenen Sollwert verglichen wird, um darauf aufbauend die Ventileinrichtung 27 so zu aktivieren, dass der Antriebskolben 14 in die gewünschte Sollposition verlagert wird.
Da die Messkomponente 64 ein Bestandteil der Reglerpatrone 28 ist, wird sie gemeinsam mit dieser im Antriebsgehäuse 4 installiert bzw. bei Bedarf deinstalliert. Bei der Installation wird sie in den Hohlraum des Antriebskolbens 14 des Abtriebsteils 17 eingeführt.
Im Innern des Verschlussdeckels 36 befindet sich zweckmäßigerweise eine an die Regelungselektronik 26 angeschlossene Hilfselektronik 62, die mindestens eine Platine beinhaltet, welche mit manuell betätigbaren Bedienelementen 68 und mit optischen Anzeigemitteln 69 bestückt ist. Über die Anzeigemittel 69 können betriebsrelevante Daten angezeigt werden, beispielsweise Sollwert und Istwert des Positionsregelung und/oder der aktuelle Betriebsmodus, beispielsweise manueller Betriebsmodus oder Automatikmodus. Die Anzeigemittel 69 enthalten hierzu insbesondere ein alphanumerisches Display.
Die Bedienelemente 68 können beispielsweise Schalter oder Taster sein, über die sich der Betrieb der Vorrichtung manuell steuern lässt und/oder über die Betriebsparameter eingegeben und/oder abgefragt werden können.
Die zweckmäßigerweise mindestens eine Platine aufweisende Hilfselektronik 62 ist beim Ausführungsbeispiel zusammen mit den Bedienelementen 68 und den Anzeigemitteln 69 in einer Deckelausnehmung 72 untergebracht, die von einer Abdeckplatte 73 unter Abdichtung abgedeckt ist. Die Abdeckplatte 73 ist lösbar, insbesondere mittels nicht näher gezeigten Schrauben, an dem Verschlussdeckel 36 angeordnet und kann bei Bedarf auch die fluidischen und/oder elektrischen Schnittstellen 52, 53 aufweisen.
Gegenüberliegend den Anzeigemitteln 69 enthält die Abdeckplatte 73 eine mit durchsichtigem Material verschlossene erste Durchbrechung 74, so dass die angezeigten Informationen von außen abgelesen werden können. Eine den Bedienelementen 68 gegenüberliegende zweite Durchbrechung 75 der Abdeckplatte 73 ermöglicht den Zugriff zu den Bedienelementen 68 und ist mit einem leicht entfernbaren, bevorzugt lösbar angeschraubten Deckel 76 unter Abdichtung verschlossen. Zur Betätigung der Bedienelemente 68 wird der Deckel 76 vorrübergehend entfernt. Die gesamte Anordnung ist so ausgelegt, dass auch strengeren Dichtheitsanforderungen genüge getan ist.
Sofern der Stellungsregler 3 über einen externen Bus angesteuert werden soll, beinhaltet er auch eine geeignete Buselektronik. Diese kann zur Verarbeitung unterschiedlicher Busprotokolle ausgelegt sein. Diese Buselektronik befindet sich wie die übrigen Komponenten des Stellungsreglers 3 an Bord der Reglerpatrone 28 und ist beispielsweise Bestandteil der Hilfselektronik 62.
Die Ansteuerung des Stellgliedes 3 durch eine externe elektronische Steuereinrichtung kann auch drahtlos erfolgen. Hierzu ist am Reglermodul 28 mindestens eine entsprechend ausgebildete elektrische Schnittstelle vorhanden, der insbesondere eine Empfänger- und Sendeelektronik zugeordnet ist. Diese kann auch einen Webbrowser beinhalten.
Beim Ausführungsbeispiel erfolgt über den Stellungsregler 3 eine lagegeregelte Positionierung des Antriebskolbens 14. Möglich wäre allerdings auch eine druckgeregelte Positionierung, wobei die Ventileinrichtung 27 in einem solchen Fall zweckmäßigerweise ein Differenzdruck-Proportionalventil für die Ansteuerung der beiden Arbeitskammern 15, 16 aufweist und Drucksensoren zur Erfassung der in den Arbeitskammern 15, 16 herrschenden Drücke vorhanden sind.

Claims

Antriebsvorrichtung, mit einem fluidbetätigen Antrieb (2), der ein Antriebsgehäuse (4) aufweist, das einen Antriebsraum (8) definiert, in dem sich mindestens ein durch Fluidbeaufschlagung linear verstellbarer, mit einem Abtriebsteil (17) bewegungsgekoppelter Antriebskolben (14) befindet, und mit einem für die Positionierung des mindestens einen Antriebskolbens (14) zuständigen, eine Ventileinrichtung (27) aufweisenden Stellungsregler (3), der Bestandteil einer Reglerpatrone (28) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglerpatrone (28) als Baueinheit von der dem Antriebsraum (8) axial entgegengesetzten Seite her durch eine Installationsöffnung (34) hindurch in einen durch einstückige Verlängerung des Antriebsgehäuses (4) axial im Anschluss an den Antriebsraum (8) definierten Aufnahmeraum (25) eingesetzt ist und dass der Stellungsregler (3) außerdem eine Regelungselektronik (26) aufweist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsraum (8) und der Aufnahmeraum (25) axial aufeinanderfolgend im Innenraum (9) eines einstückigen Rohrkörpers (5) des Antriebsgehäuses (4) angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (5) ein Strangpressteil ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglerpatrone (28) ein im Rahmen einer axialen Steckbewegung in den Aufnahmeraum (25) einsetzbares Einsteckteil ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in das Antriebsgehäuse (4) eingesetzte Reglerpatrone (28) gleichzeitig eine den Antriebsraum (8) auf der dem Aufnahmeraum (25) zugewandten Seite begrenzende Abschlusswand (12) bildet.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlusswand (12) von einem umfangsseitig mit einer Dichtung versehenen Scheibenkörper der Reglerpatrone (28) gebildet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in das Antriebsgehäuse (4) eingesetzte Reglerpatrone (28) gleichzeitig einen die Installationsöffnung (34) des Aufnahmeraumes (25) verschließenden Verschlussdeckel (36) bildet.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussdeckel (36) durch Zusammenwirken mit dem Antriebsgehäuse (4) die Einsetztiefe der Reglerpatrone (28) vorgibt.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 in Verbindung mit Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlusswand (12) und der Verschlussdeckel (36) über mindestens ein Distanzelement (38) zu einer die Regelungselektronik (26) und die Ventileinrichtung (27) tragenden Tragstruktur (42) zusammengefasst sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch mehrere sich beabstandet zueinander zwischen der Abschlusswand (12) und dem Verschlussdeckel (36) erstreckende stabartige Distanzelemente (38).
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungselektronik (26) und die Ventileinrichtung (27) axial zwischen der Abschlusswand (12) und dem Verschlussdeckel (36) angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche für die fluidische und elektrische Kommunikation mit externen Einrichtungen (48) vorgesehenen fluidischen und elektrischen Schnittstellen (52, 53) an der Reglerpatrone (28) angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 12 in Verbindung mit einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellen (52, 53) am oder im Verschlussdeckel (36) angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellen (52, 53) von der vom Antriebsraum (8) wegweisenden äußeren Stirnseite des Verschlussdeckels (36) her zugänglich sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Schnittstellen (53) eine Versorgungsschnittstelle (53a) zur Einspeisung der Betriebsenergie und mindestens eine Ansteuerschnittstelle (53b) für die Steuersignale umfassen.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ansteuerschnittstelle (53b) als Busschnittstelle ausgeführt ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine an der Reglerpatrone (28) vorgesehene elektrische Schnittstelle (53) zur drahtlosen Signalübertragung ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussdeckel (36), insbesondere im Bereich der vom Antriebsraum (8) wegweisenden Stirnseite, manuell betätigbare Bedienelemente (68) und/oder optische Anzeigemittel (69) aufweist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern des Verschlussdeckels (36) eine den Bedienelementen (68) und/oder den Anzeigemitteln (69) zugeordnete, sowie gleichzeitig mit der Regelungselektronik (26) verbundene Hilfselektronik (62) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfselektronik (62) in einer von einer Abdeckplatte (73) abgedeckten Deckelausnehmung (72) des Verschlussdeckels (36) untergebracht ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch eine zumindest teilweise als Bestandteil der Reglerpatrone (28) ausgeführte Positionsmesseinrichtung (63) zur Erfassung der Kolbenposition.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglerpatrone (28) eine in den Antriebsraum (8) hineinragende, auf die Kolbenposition ansprechende Messkomponente (64) einer elektronischen Positionsmesseinrichtung (63) aufweist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkomponente (64) in den Antriebskolben (14) eintaucht.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsraum (8) durch den mindestens einen Antriebskolben (14) in zwei Arbeitskammern (15, 16) unterteilt ist, wobei die Reglerpatrone (28) zwei mit der Ventileinrichtung (27) in Fluidverbindung stehende fluidische Steuerkanäle (45, 46) aufweist, von denen der eine (46) direkt in die sich axial an die Reglerpatrone (28) anschließende Arbeitskammer (16) ausmündet, während der andere so plaziert ist, dass er bei installierter Reglerpatrone (28) mit einem zur anderen Arbeitskammer (15) führenden internen Fluidkanal (23) des Antriebsgehäuses (4) kommuniziert.