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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer
druckmittelbetätigbaren
Stelleinheit entsprechend der Gattung des Patentanspruchs 1. Druckmittelbetätigbare
Stelleinheiten werden für
unterschiedlichste Anwendungen in der Automationstechnik eingesetzt.
Um deshalb möglichst
kostengünstig
und schnell anwendungsspezifisch angepasste Stelleinheiten bereitstellen
zu können,
wird angestrebt diese Stelleinheiten aus standardisierten Baugruppen
aufzubauen und mit ebenfalls standardisierten Fertigungsmethoden
herzustellen.
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Die Stelleinheiten sind extern elektrisch
ansteuerbar, wozu vornehmlich zentral planierte Steuerungen verwendet
werden. Aufgrund der Vielzahl möglicher
Ansteuervarianten geht die Entwicklung jedoch nunmehr vermehrt zu
dezentralen Strukturen, die sich insbesondere durch ein Höchstmaß an Variationsmöglichkeiten
und im Servicefall durch eine schnelle und einfache Fehlersuche
und -behebung auszeichnen.
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Aus der
EP 0 519 185 A1 ist eine
druckmittelbetätigbare
Stelleinheit bereits bekannt. Diese besteht aus einem rohrförmigen Zylinderprofil,
in dem ein Arbeitskolben axial verschiebbar geführt ist. Das Zylinderprofil
ist an seinen Enden von Zylinderdeckeln verschlossen, wobei ein
mit dem Arbeitskolben verbundenes Betätigungsglied zur Übertragung
einer Hubbewegung durch wenigstens einen dieser Zylinderdeckel nach
außen
ragt. Die Zylinderdeckel teilen zusammen mit dem Arbeitskolben den
Innenraum des Zylinderprofils in zwei druckdicht voneinander getrennte
Arbeitskammern. Diese sind wechselseitig mit Druckmittel beaufschlagbar,
um dem Arbeitskolben eine Hubbewegung aufzuzwingen.
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Am Umfang des Zylinderprofils ist
ferner eine Flanschplatte angeordnet. Dazu sind am Zylinderprofil
Längsstreben
angeformt. Die Flanschplatte ist verschiebbar auf diesen Längsstreben
geführt
und weist druckmittelführende
Kanäle
auf. Diese enden zum einen an der vom Zylinderprofil abgewandten
Außenseite
der Flanschplatte und münden
zum anderen in Druckmittelkanäle
ein, die in den Längsstreben
ausgebildet sind. Letztgenannte Druckmittelkanäle sind wiederum mit den Arbeitskammern
verbunden. Die Flanschplatte ist zur Befestigung extern betätigbarer Steuermittel
vorgesehen. Diese steuern die Beaufschlagung der Arbeitskammern
mit Druckmittel und darüber
die Hubbewegung des Arbeitskolbens.
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Obwohl eine derartige Stelleinheit
sehr robust ist und in der Praxis zuverlässig arbeitet, hat sie Nachteile
in Bezug auf die Art der Befestigung der Flanschplatte am Zylinderprofil.
Die beschriebene Befestigungsmethode erfordert separate Befestigungselemente
und koppelt die Flanschplatte thermisch und schwingungstechnisch
mit dem Zylinderprofil. Dies kann sich unter bestimmten Betriebsbedingungen
negativ auf die Funktion der Steuereinrichtung auswirken. Darüber hinaus
erhöht
die Befestigungsmethode über
Längsstreben
den Bauraum der Stelleinheit, vergrößert den Montageaufwand und
verteuert die Herstellung des Zylinderprofils.
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Aus Patent Abstracts of Japan, M-371,
April 13, 1985 Vol. 9/No 84,
JP 59-212503 A ist eine andere druckmittelbetätigbare
Stelleinheit bekannt, die ebenfalls aus einem Zylinderprofil, zwei
an dessen Enden angeordneten Zylinderdeckeln sowie einer steuermitteltragenden
Flanschplatte besteht. Die Flanschplatte ist hier entkoppelt vom
Zylinderprofil an den Zylinderdeckeln befestigt und insoweit etwas länger als
das Zylinderprofil ausgebildet, da die Flanschplatte die Seitenflächen der
beiden Zylinderdeckel zum Zwecke der Befestigung überdeckt.
Die Zylinderdeckel sind mit dem Zylinderprofil über Zuganker verspannt. Die
Befestigung der Flanschplatte erfolgt demgegenüber durch separate, senkrecht
zu den Zugankern angeordnete Schrauben, welche in korrespondierende
Gewindebohrungen seitens der Zylinderdeckel einschraubbar sind.
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Ein Nachteil dieser bekannten Lösung besteht
darin, dass viele einzelne Verbindungsmittel vorgesehen sind, um
die Stelleinheit zu montieren, was den diesbezüglichen Montageaufwand negativ beeinflusst.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine alternative Bauform für eine gattungsgemäße druckmittelbetätigbare
Stelleinheit zu schaffen, die durch eine einfache Bauweise insbesondere
den Montageaufwand minimiert.
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Die Aufgabe wird ausgehend von einer druckmittelbetätigbaren
Stelleinheit gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen
gelöst.
Die nachfolgenden abhängigen
Ansprüche
geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Vorteile der
Erfindung
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Die erfindungsgemäße druckmittelbetätigbare
Stelleinheit weist den Vorteil auf, dass das Zylinderprofil und
die Flanschplatte als zwei getrennt voneinander bearbeitbare und
komplettierbare Baugruppen mittels vorhandener Befestigungselemente
zur Verankerung der Zylinderdeckel zu einer besonders kompakt bauenden
Einheit vereinigt sind. Neben einer Verringerung der Anzahl notwendiger
Befestigungselemente und Montageschritte ist die vorgeschlagene
Stelleinheit flexibel an Kundenwünsche
in Bezug auf ihre Ansteuerbarkeit anpassbar, da die Baugruppen von
allen Seiten für
Bearbeitungswerkzeuge gut zuganglich sind. Dies erleichtert die
Integration kundenspezifischer Funktionen.
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Zudem verbessern sich die Vorraussetzungen
für einen
Austausch von einzelnen Baugruppen im Falle des technischen Fortschritts
oder im Servicefall. Konstruktiv aufwendige Baugruppen, wie beispielsweise
die bereits bislang verwendeten Zylinderdeckel, lasen sich weiterverwenden.
Zudem können
auch bereits vorhandene Einrichtungen zur Herstellung und Montage
der Stelleinheit weiter verwendet werden.
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Anwenderseitig bietet die Zweiteilung
der Profile in Verbindung mit der Verwendung gemeinsamer Zylinderdeckel
den Vorteil der Ausbildung von Kammern zur Unterbringung überschüssiger Leitungsstränge. Freihängende und
deshalb beschädigungsgefährdete Kabelschlaufen
zur Kontaktierung von Sensoren zur Erfassung der Kolbenbewegung lassen
sich dadurch vermeiden.
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Ein Abführen des Steuerdruckmittels
in diese Kammern verbessert die thermische Abkoppelung der Flanschplatte
vom Zylinderprofil. Besonders vorteilhaft ist, dass durch den Einsatz
elastischer Abkoppelelemente auch eine schwingungstechnische Entkoppelung
der Flanschplatte vom Zylinderprofil einfach realisierbar ist. Beide
Maßnahmen
reduzieren die auf die Steuermittel einwirkenden Belastungen.
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Weitere Vorteile oder vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen oder
der Beschreibung.
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Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. 1 zeigt eine vormontierte
Stelleinheit in perspektifischer Darstellung; in 2 sind zur Verdeutlichung der Grundstruktur dieser
Stelleinheit das Zylinderprofil in Wechselwirkung mit der Flanschplatte
und einem der Zylinderdeckel dargestellt. Der Einfachheit halber
sind dabei An- oder Einbauteile nicht eingezeichnet.
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3 zeigt
Möglichkeiten
zur Anordnung von Sensoren zur Erfassung der Kolbenbewegung am Zylinderprofil
der Stelleinheit, sowie profilseitig vorgesehene Einrichtungen zur
besonders vorteilhaften Leitungsführung; 4 zeigt eine Stelleinheit im Längsschnitt
entlang der Achse IV-IV nach 1.
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Die in 1 dargestellte
druckmittelbetätigbare
Stelleinheit 10 besteht aus einem Arbeitszylinder 12 mit
angebauter Ansteuerung 14.
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Der Arbeitszylinder 12 weist
ein im wesentlichen rohrförmiges
Zylinderprofil 16 (siehe auch 2) auf, das preisgünstig in einem Strangpressverfahren
herstellbar ist. Im Inneren des Zylinderprofils 16 ist
ein nicht erkennbarer Arbeitskolben längsbeweglich angeordnet. An
seinen Enden ist das Zylinderprofil 16 von Zylinderdeckeln 18, 20 verschlossen.
Beispielhaft sind die Zylinderdeckel 18, 20 dazu mit
dem Zylinderprofil 16 verschraubt, alternativ dazu wäre es jedoch
möglich,
separate Zuganker zur Verspannung der Zylinderdeckel 18, 20 mit
dem Zylinderprofil 16 zu verwenden.
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Wenigstens einer dieser Zylinderdeckel 18, 20 ist
mit einer zentrisch angeordneten Durchführung 22 versehen,
durch die hindurch eine mit dem Arbeitskolben gekoppelte Betätigungsstange 24 nach außen ragt.
Die Durchführung 22 ist
von einem an den Zylinderdeckel 18 angeformten, hülsenförmigen Bund 26 umgeben.
Dieser Bund 26 nimmt, im Detail nicht dargestellte, Lagerelemente
zur Führung
der Betätigungsstange 24,
Dichtelemente zur Abdichtung der Durchführung 22 und Befestigungselemente zur
Verankerung dieser Bauteile am Zylinderdeckel 18, 20 auf.
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Wie bekannt, teilt der Arbeitskolben
den Innenraum des Zylinderprofils 16 in zwei gegeneinander
abgedichtete Arbeitskammern, die zur Erzeugung einer Hubbewegung
wechselweise mit Druckmittel beaufschlagbar sind. Diese Druckbeaufschlagung
wird von der Ansteuerung 14 gesteuerte. Letztere besteht
dazu unter anderem aus einer ebenfalls strangpresstechnisch herstellbaren
Flanschplatte 28, deren Länge der des Zylinderprofils 16 entspricht
und die längsseits
parallel zu diesem angeordnet ist. Exemplarisch ist die Flanschplatte 28 einteilig
ausgeführt,
wie 4 zeigt, wäre aber
eine in Abschnitte geteilte Flanschplatte 28 ebenso vorstellbar.
Vorteilhafterweise ließe
sich die Flanschplatte 28 dann in einen fertigungstechnisch
aufwändigeren
und vom Hub des Arbeitszylinders 12 unabhängigen ersten Längsprofilabschnitt 46a (4) zur Aufnahme von Steuermitteln 30 und
in einen fertigungstechnisch einfacher herstellbaren und in Abhängigkeit
vom Hub des Arbeitszylinders ablängbaren
zweiten Längsprofilabschnitt 46b gliedern.
Dadurch ließe
sich der erste Längsprofilabschnitt 46a in
großer
Losgröße für sämtliche
Stelleinheiten 10 einheitlich und deshalb kostengünstig produzieren.
Zudem sind mit einer mehrteiligen Flanschplatte 28 die
Fertigungstaktzeiten zur Herstellung von Stelleinheiten 10 unterschiedlichen
Arbeitshubs aufgrund der übereinstimmenden
Anzahl verbauter Teile identisch.
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Gemäß 1 ist die Flanschplatte 28 mit
einer Sockelplatte 32 bestückt, auf der die elektrisch ansteuerbaren
Steuermittel 30 angeordnet sind. Deren Gehäuse gliedert
sich in ein Magnetteil 34, mit einem darin untergebrachten,
nicht erkennbaren Magnetkreis herkömmlicher Bauart. Ein sich in
Längsrichtung
an das Magnetteil 34 anschließendes Pneumatikteil 36 weist
zur Steuerung von Verbindungen zwischen Druckmittel führenden
Kanälen
wenigstens ein, ebenfalls nicht dargestelltes und vom Magnetkreis
beaufschlagtes Ventilglied auf. Zur Versorgung des Pneumatikteils 36 mit
Druckmittel ist die Sockelplatte 32 mit Steuerkanälen versehen.
Jene enden an der den Steuermitteln 30 zugewandten Oberseite
der Sockelplatte 32 in Anschlüssen 40.
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Die Steuermittel 30 selbst
sind von ihrer Oberseite her mit der Sockelplatte 32 verbunden,
beispielsweise verschraubt und lassen sich dadurch im Servicefall
leicht nach oben abheben. Obwohl in 1 beispielhaft
nur ein Steuermittel 30 dargestellt ist, ist zu erkennen,
dass die Sockelplatte 32 zur Verankerung mehrerer parallel
nebeneinanderliegender Steuermittel 30 vorbereitet ist.
Entsprechend der Teilung des Gehäuses
der Steuermittel 30 in ein Magnetteil 34 und ein
Pneumatikteil 36 ist auch die Sockelplatte 32 in
Sockelplattenabschnitte 32a und 32b teilbar.
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Die Sockelplatte 32 und
die mit ihr verbundene Flanschplatte 28 sind auf die seitlichen
Abmessungen des Zylinderprofils 16 derart abgestimmt, dass sie im
wesentlichen bündig
mit diesem abschließen.
Die Stelleinheit 10 hat dadurch einen quadratischen oder
rechteckigen Querschnitt, so daß mehrere
solcher Stelleinheiten 10 auf engstem Raum nahezu spaltfrei
nebeneinander anordenbar sind. Um dabei die elektrische Kontaktierung
der Steuermittel 30 zu ermöglichen, ist eine nicht sichtbare
Schnittstelle, beispielsweise in Form eines elektrischen Zentralsteckers,
vorgesehen, der ebenfalls von oben her kontaktierbar ist. Desweiteren
sind an der Oberseite des Steuermittels 30 Leuchtdioden 42 angebracht,
die die momentane Schaltstellung des Magnetteils 34 anzeigen.
Mit anderen Worten hat die vorgeschlagene Steuereinheit 10 nur
eine Bedieneroberfläche
und baut senkrecht zu dieser Bedieneroberfläche auf.
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In 2 ist
die Grundstruktur der Stelleinheit 10 deutlicher zu erkennen.
Dabei bildet das Zylinderprofil 16 ein erstes Längsprofil 44 mit
zwei daran angeformten Längsstreben 45,
entlang dem als zweites Längsprofil 46 die
Flanschplatte 28 angeordnet ist. Beide Längsprofile 44, 46 stimmen
in ihren Längen- und
Breitenmaßen
im wesentlichen überein
und lassen sich getrennt voneinander herstellen, das heißt mechanisch
bearbeiten und komplettieren. Im Fall des ersten Längsprofils 44 werden
der Arbeitskolben und seine Betätigungsstange 24 eingebaut
und im Fall des zweiten Längsprofils 46 die
Flanschplatte 28 mitsamt der Sockelplatte 32 und
den daran verankerten Steuermitteln 30 vormontiert. Beide
Baugruppen sind durch die Zylinderdeckel 18, 20 zur
Stelleinheit 10 vereinigt. Separate Befestigungselemente
zur Verbindung der Längsprofile 44, 46 miteinander
sind somit entbehrlich.
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Wie insbesondere 1 zeigt, sind die, die Zylinderdeckel 18, 20 an
den Längsprofilen 44, 46 fixierenden
Schrauben 48 an den Ecken der Zylinderdeckel 18, 20 angeordnet,
wobei jeweils zwei Schrauben 48 in dafür vorgesehene Gewindebohrungen 50 (2) an einem der Längsprofile 44, 46 eingreifen.
Aus Bauraumgründen
sind beim Ausführungsbeispiel
vier Schrauben 48 vorgesehen, obwohl für eine zuverlässige Abdichtung
der Arbeitskammern auch nur drei über den Umfang des Zylinderprofils 16 gleichmäßig verteilt
angeordnete Schrauben 48 ausreichen würden.
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Nach 2 hat
die Flanschplatte 28, als zweites Längsprofil 46, einen
u-förmigen
Querschnitt, dessen Öffnung
dem ersten Längsprofil 44 zugewandt
ist. Zwischen den beiden Längsprofilen 44, 46 entsteht
dadurch eine stirnseitig offene Kammer 52. In dieser Kammer 52 lassen
sich, wie sich aus 3 ergibt, überschüssige Abschnitte
von Signalleitungen 54 unterbringen. Diese Signalleitungen 54 verbinden
den bereits erwähnten,
aber in den Figuren nicht dargestellten Zentralstecker mit am Umfang
des Zylinderprofils 16 anordenbaren Sensoren 56 (3). Diese Sensoren 56 sind
in dafür
vorgesehenen Längsnuten 58 des
Zylinderprofils 16 befestigt und geben Informationen über die
Kolbenbewegung an eine Steuerelektronik ab. Gemäß 3 sind die Längsnuten 58 beim Ausführungsbeispiel
am Umfang des Zylinderprofils 16 ausgebildet.
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Um frei hängende Leitungsschlaufen zu
vermeiden, die einer Aneinanderreihung von Stelleinheiten 10 hinderlich
wären und
die eine potentielle Beschädigungsgefahr
darstellen würden,
sind an der Außenseite
des Zylinderprofils 16 bzw. der Flanschplatte 28 weitere
nutförmige
Ausnehmungen 60 ausgebildet, in die die von den Sensoren 56 wegführenden
Abschnitte der Signalleitungen 54 einlegbar sind. Durch
entsprechende Gestaltung und Dimensionierung beispielsweise in Form
einer nach außen
offenen Schwalbenschwanzführung
mit einem Öffnungsquerschnitt,
der geringfügig
kleiner als der Querschnitt der Signalleitungen 54 ist,
lassen sich diese Signalleitungen 54 in die Ausnehmungen 60 eindrücken und
darin fixieren. Im Bereich der Zylinderdeckel 18, 20 sind
die Signalleitungen 54 in Ausnehmungen 60 nach
oben oder in die Kammer 52 zwischen dem ersten und dem
zweiten Längsprofil 44, 46 eingeführt. Innerhalb
der Kammer 52 lassen sich die Signalleitungen 54 in
Schlaufen verlegen, so dass einerseits Sensoren 56 mit
einheitlicher Signalleitungslänge
einsetzbar sind und andererseits die Sensoren 56 anwenderseitig
längsseits
der Stelleinheit 10 an beliebiger Position in den Längsnuten 58 festlegbar
sind.
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Die dem Längsprofil 44 abgewandt
liegende Grundfläche
des zweiten Längsprofils 46 ist
als ebene Fläche 62 ausgeführt, an
der die mit den Steuermitteln 30 bestückte Flanschplatte 28 der
Ansteuerung 14 angebaut ist. Die beiden Schenkel der Flanschplatte 32 sind
mit jeweils einer Gewindebohrung 50 versehen und haben
unterschiedliche Wandstärken.
Dabei ist im Schenkel mit der größeren Wandstärke ein
Versorgungskanal 64 vorgesehen, durch den hindurch Druckmittel von
bzw. zur Sockelplatte 32 strömt. Gemäß 1 ist dieser Versorgungskanal 64 mittels
eines Winkelstutzens 66 mit einem Anschluss 68 am
Zylinderdeckel 18, 20 verbunden.
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Dieser Anschluss 68 mündet über einen
zylinderdeckelseitigen Kanal in eine der Arbeitskammern des Arbeitszylinders 12 ein.
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Zur thermischen Entkopplung der beiden Längsprofile 44, 46 voneinander
ist die von den Steuermitteln 30 abzuführende Abluft durch entsprechende
Bohrungen 72 (3)
in der Sockelplatte 32 bzw. der Flanschplatte 28 hindurch
in die Kammer 52 zwischen den Längsprofilen 44, 46 eingeleitet
und danach an die Umgebung abgeführt.
Die so erzeugte Luftströmung
hat Kühlfunktion
und koppelt die an der Flanschplatte 32 angebauten Steuermittel 30 thermisch
vom Zylinderprofil 16 ab.
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Darüber hinaus ist es, wie in 4 ersichtlich, möglich elastische
Abkoppelelemente 70 zwischen den Zylinderdeckeln 18, 20
und der Flanschplatte 28 anzuordnen und durch entsprechende
Dimensionierung der Flanschplatte 28 einen direkten mechanischen
Kontakt mit dem Zylinderprofil 16 weitestgehend zu vermeiden.
Die Abkoppelelemente 70 sind vorzugsweise aus einem Elastomer
hergestellt und können
durch ihre konstruktive Auslegung und ihre Materialbeschaffenheit
unterschiedlichen elastischen Eigenschaften aufweisen. Damit lässt sich
auf einfache Weise eine schwingungstechnische Entkopplung der beiden
Längsprofile 44, 46 voneinander erreichen.
Die genannten Maßnahmen
reduzieren die auf die Steuermittel 30 einwirkenden Belastungen erheblich. 4 zeigt darüber hinaus
eine Flanschplatte 28, die aus den bereits erläuterten
Gründen aus
zwei Längsprofilabschnitten 46a und 46b zusammengesetzt
ist. Im wesentlichen wird durch diese Maßnahme eine umfangreiche Teilebereithaltung
bei der Herstellung von Stelleinheiten 10 verschiedener Arbeitshube
vermieden.
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Selbstverständlich sind darüber hinausgehende Änderungen
und Ergänzungen
am beschriebenen Ausführungsbeispiel
möglich,
ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. So ist die beschriebene
Stelleinheit 10 insbesondere für pneumatische Anwendungen
konzipiert, ohne darauf jedoch zwangsweise eingeschränkt zu sein.