DE10239257A1

DE10239257A1 - Puffermechanismus

Info

Publication number: DE10239257A1
Application number: DE10239257A
Authority: DE
Inventors: Shigekazu Nagai; Akio Saitoh; Hiroshi Yumiba
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2003-04-03
Also published as: US6668988B2; US20030037629A1; JP2003065379A

Abstract

Ein Puffermechanismus umfasst ein Blockelement (34), das lösbar in einem Stellgliedkörper (12) angebracht ist, einen Kolben (36), der Luft in einer Kompressionskammer (34) komprimiert, wenn ein bewegliches Element (22) gegen den Kolben (36) anliegt, sowie ein Kontrollventil (50) und ein variables Drosselventil (52), die in einem Durchgang (48) zur Verbindung der Kompressionskammer (34) mit der Außenseite des Stellgliedkörpers (12) vorgesehen sind und eine Durchflussrate der nach außen abgeführten Luft einstellen.

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Puffermechanismus, mit dem Stöße aufgenommen werden können, die auf ein bewegliches Element eines Stellgliedes (Actuator) ausgeübt werden, wenn das bewegliche Element an einer Verschiebungsendposition ankommt.
Stellglieder werden allgemein bspw. dazu verwendet, ein Werkstück zu transportieren oder zu positionieren. Bspw. wird in einem Pneumatikzylinder die Luft in einer Zylinderkammer, die durch ein Zylinderrohr und einen Kolben verschlossen wird, durch einen Dämpfungsring oder eine Dämpfungsdichtung komprimiert, wenn der Kolben an der Verschiebungsendposition ankommt. Die Kompressionskraft wird durch Einstellen der Durchflussrate der von der Zylinderkammer zur Atmosphäre abgeführten Luft mit Hilfe eines Dämpfungsventils eingestellt, dass aus einem Durchflussratensteuerventil besteht. Hierdurch werden die auf den Kolben ausgeübten Stöße gepuffert.
Wenn der herkömmliche Puffermechanismus aber bei einem elektrischen Stellglied verwendet wird, bei dem ein bewegliches Element durch die Drehung einer Drehantriebsquelle linear entlang eines Stellgliedkörpers verschoben wird, ist es bspw. unmöglich, den Dämpfungsring oder die Dämpfungsdichtung einzusetzen. Bei dem elektrischen Stellglied ist Luft in einer Menge, die zur Durchführung der Dämpfung ausreicht, nicht vorhanden.
Auch wenn der Dämpfungsring oder die Dämpfungsdichtung verwendet wird, ist es nicht möglich, den Dämpfungsring oder die Dämpfungsdichtung einfach auszutauschen, wenn die Haltbarkeit sich im Zuge der langen Lebensdauer verschlechtert.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Puffermechanismus vorzuschlagen, der einfach austauschbar ist und mit dem die Pufferwirkung bei unterschiedlichen Stellgliedern einschließlich bspw. elektrischer Stellglieder und fluiddruckbetätigter Zylinder in geeigneter Weise durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß liegt ein bewegliches Element eines Stellgliedes gegen ein Verschiebungselement an, wenn das bewegliche Element an einer oder der anderen Verschiebungsendposition ankommt. Das Verschiebungselement wird zusammen mit dem beweglichen Element verschoben und dadurch die Luft in einer Kompressionskammer komprimiert. Wenn die unter Druck stehende Luft in der Kompressionskammer nach außen abgelassen wird, wird die Ablassdurchflussrate der Druckluft durch ein Ablassdurchflussrateneinstellelement in einem mit der Außenseite des Stellgliedkörpers in Verbindung stehenden Durchgang gedrosselt. Dadurch wird der Stoß, der ausgeübt wird, wenn das bewegliche Element an der Verschiebungsendposition ankommt, durch die Kompressionswirkung der durch das Verschiebungselement mit Druck beaufschlagten Luft in der Kompressionskammer in geeigneter Weise absorbiert.
Vorzugsweise sind das Verschiebungselement und das Ablassdurchflussrateneinstellelement in dem Blockelement vorgesehen und dieses lösbar in dem Stellgliedkörper angebracht. Daher kann der Puffermechanismus einfach ausgetauscht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Teilschnitt durch ein elektrisches Stellglied mit einem Puffermechanismus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein Teilschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.
Fig. 3 ist ein Teilschnitt einer modifizierten Ausführungsform, bei dem ein in Fig. 2 gezeigter Kolben einen Schlitz aufweist.
Fig. 4 ist ein Teilschnitt, der einen Zustand darstellt, in welchem ein bewegliches Element des elektrischen Stellgliedes gemäß Fig. 1 an einer Verschiebungsendposition ankommt.
Fig. 5 ist ein Teilschnitt, der einen Zustand darstellt, in welchem der Puffermechanismus gemäß Fig. 1 an einem fluiddruckbetätigten Zylinder vorgesehen ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein elektrisches Stellglied, an dem ein Puffermechanismus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist.
Das elektrische Stellglied 10 umfasst einen Stellgliedkörper 12, eine Drehantriebsquelle 14, bspw. einen Motor, die innerhalb oder außerhalb des Stellgliedkörpers 12 vorgesehen ist, eine Kugelspindelwelle 16, die mit einer Antriebswelle der Rotationsantriebsquelle 14 bspw. über ein nicht dargestellten Kopplungselement verbunden ist und die Drehantriebskraft der Rotationsantriebsquelle 14 überträgt, ein bewegliches Element 22, das in Axialrichtung des Stellgliedkörpers 12 mit Hilfe von Kugeln 20, welche entlang einer Gewindenut 18, die an der Kugelspindelwelle 16 ausgebildet ist, rollen, linear verschieblich vorgesehen ist, und einen Puffermechanismus 26, der lösbar in einer Aussparung 24 des Stellgliedkörpers 12 angeordnet ist.
Der Puffermechanismus 26 ist an der einen oder der anderen Verschiebungsendposition oder an beiden Verschiebungsendpositionen in der Aussparung 24 des Stellgliedkörpers 12 vorgesehen.
Ein Führungselement 28, das entlang einer nicht dargestellten Führungsnut gleitet, welche an der Innenwandfläche des Stellgliedkörpers 12 ausgebildet ist, ist an dem beweglichen Element 22 angebracht.
Der Puffermechanismus 26 ist an der Verschiebungsendposition des beweglichen Elementes 22 mit Hilfe eines Gewindeelementes (Befestigungselement) 30 lösbar in der Aussparung 24 des Stellgliedkörpers 12 angeordnet. Der Puffermechanismus 26 umfasst ein Blockelement 32 mit einer Durchgangsöffnung 31 zum Einsetzen der Kugelspindelwelle 16 und einen ringförmigen Kolben (Verschiebungselement) 36, welcher in einer ringförmigen Kompressionskammer 34 in dem Blockelement 32 angebracht ist und im Wesentlichen parallel zu der Axialrichtung der Kugelspindelwelle 16 verschiebbar vorgesehen ist.
Ein Ende 36a des Kolbens 36 ist so vorgesehen, dass es um eine festgelegte Länge von der Endfläche des Blockelementes 32 vorsteht. Ein ringförmiger Vorsprung 38, der radial nach außen vorsteht, ist an dem anderen Ende 36b des Kolbens 36 ausgebildet. Bei dieser Anordnung liegt der ringförmige Vorsprung 38 gegen eine ringförmige Stufe 40 des Blockelementes 32 an, so dass ein Lösen des Kolbens 36 verhindert wird.
Die Form des Kolbens 36 kann, wie in Fig. 2 gezeigt, im Wesentlichen zylindrisch sein. Alternativ kann, wie in Fig. 3 dargestellt ist, ein linearer Schlitz 41, der sich im Wesentlichen parallel zu der Achse der Kugelspindelwelle 16 erstreckt, vorgesehen sein. Der Schlitz 41 hat eine Breite, die etwas größer ist als der Durchmesser der Kugelspindelwelle 16. Das Zusammensetzen des Puffermechanismus 26 wird einfach durchgeführt, indem die Kugelspindelwelle 16 durch den Schlitz 41 in den Kolben 36 eingesetzt wird.
Der Puffermechanismus 26 umfasst außerdem ein Federelement 42, das in der Kompressionskammer 34 angeordnet ist und den Kolben 36 konstant zu dem beweglichen Element 22 drückt, sowie ein Paar von Dichtelementen 44a, 44b mit kleinen und großen Durchmessern, die in Ringnuten angebracht sind, welche an dem Blockelement 32 ausgebildet sind, und die die Luftdichtigkeit der Kompressionskammer 34 durch Abdichten der inneren Umfangsfläche bzw. der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 36 gewährleisten.
Der Puffermechanismus 26 umfasst außerdem ein Kontrollventil 50 und ein variables Drosselventil 42, die im Wesentlichen parallel in einem Durchgang 48 für die Verbindung der Kompressionskammer 34 in dem Blockelement 32 mit einer ringförmigen Aussparung 46, die in der äußeren Umfangsfläche des Blockelementes 32 ausgebildet ist, angeordnet sind, sowie einen Schalldämpfer 56, der die Ablassgeräusche der über den Verbindungsdurchgang 54, der mit der ringförmigen Aussparung 46 kommuniziert, nach außen abgelassenen Luft absorbiert. Die Luftdichtigkeit in der ringförmigen Aussparung 46 wird mit Hilfe eines Paares von Dichtelementen 58a, 58b, die an der äußeren Umfangsfläche des Blockelementes 32 vorgesehen sind, gewährleistet.
Das Kontrollventil 50 stoppt den Durchfluss der von der Kompressionskammer 34 über den Durchgang 48 abgeführten Luft und fördert Luft von außen über den Durchgang 48 zu der Kompressionskammer 34. Das Kontrollventil 50 und das variable Drosselventil 52 dienen als Ablassdurchflussrateneinstellelement.
Ein elastisches Element 59, das bspw. aus Urethangummi oder dgl. gebildet ist, ist an der Endfläche des Blockelementes 32, von welcher ein Ende des Kolbens 36 vorsteht, befestigt.
Das elektrische Stellglied 10, an welchem der Puffermechanismus 26 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend wird die Betriebs- und Wirkungsweise des elektrischen Stellgliedes 10 erläutert.
Die Drehantriebsquelle 14 wird durch Betätigen einer nicht dargestellten Stromquelle betrieben. Die Drehantriebskraft der Drehantriebsquelle 14 wird über die Kugelspindelwelle 16 auf das bewegliche Element 22 übertragen. Das bewegliche Element 22 bewegt sich durch die Wälzwirkung der Kugel 20 in Axialrichtung des Stellgliedes 12 linear hin und her.
Wenn das bewegliche Element 22 in Richtung des Pfeils X1 verschoben wird und an der Verschiebungsendposition ankommt, schlägt das bewegliche Element 22 an einem Ende 36a des Kolbens 36 an und das andere Ende 36b des Kolbens 36 wird zusammen mit dem beweglichen Element 22 entgegen der Federkraft des Federelementes 42 in der gleichen Richtung (Richtung des Pfeils X1) verschoben.
Wenn das andere Ende 36b des Kolbens 36 in Richtung des Pfeils X1 entlang der Kompressionskammer 34 verschoben wird, wird die in der Kompressionskammer 34 verbliebene Luft über den Durchgang 48 nach außen abgeführt. Der Strom der Luft wird durch die Kontrollwirkung des Kontrollventils 50 verhindert, während die Durchflussmenge der Luft durch die Drosselwirkung des variablen Drosselventils 52 reguliert wird.
Daher wird die in der Kompressionskammer 34 verbleibende Luft komprimiert um die Pufferfunktion zu erfüllen. Der Stoß, der erfolgt, wenn das bewegliche Element 22 an dem Blockelement 32 anschlägt, wird durch die gemeinsame Wirkung der Luft und des elastischen Elements 59 in geeigneter Weise absorbiert (vgl. Fig. 4).
Wenn das bewegliche Element 22 in der der oben beschriebenen Richtung entgegengesetzten Richtung des Pfeils X2 verschoben wird, wird das andere Ende 36b des Kolbens 36 durch die Federkraft des Federelementes 42 in Richtung des Pfeils X2 gedrückt. Dementsprechend steht ein Ende 36a des Kolbens 36 um die festgelegte Länge von der Endfläche des Blockelementes 32 vor. Die Kompressionskammer 34 wird mit der Außenluft, die durch das Kontrollventil 50 fließt, gefüllt, um in den in Fig. 1 gezeigten Ursprungszustand zurückzukehren.
Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Puffermechanismus 26 als eine Anordnung ausgebildet, die mit dem Blockelement 32 zusammengesetzt wird, und der Puffermechanismus 26 ist Hilfe des Gewindeelementes 30 lösbar in der Aussparung 24 des Stellgliedkörpers 12 mit angeordnet. Dementsprechend kann der Puffermechanismus 26 einfach ausgetauscht werden. Dadurch ist es bspw. möglich, die Wartung und den Austausch bei Beeinträchtigung der Haltbarkeit einfach durchzuführen.
Alternativ kann der Puffermechanismus 26 auch an einem elektrischen Stellglied vorgesehen sein, bei dem ein bewegliches Element 22 mit Hilfe eines nicht dargestellten Riemenelementes anstelle der Kugelspindelwelle 16 linear hin und her bewegt wird.
Als weitere Alternative kann der Puffermechanismus an einem elektrischen Stellglied vorgesehen sein, in dem sich ein nicht dargestelltes Stangenelement durch Verschieben eines beweglichen Elementes 22 von dem axialen Ende eines Stellgliedkörpers 12 hin und her bewegt, oder bei einem elektrischen Stellglied, bei dem ein nicht dargestellter Gleiter zusammen mit einem beweglichen Element mit Hilfe eines Schlitzes, der an einer Seitenfläche des Stellgliedkörpers ausgebildet ist, in Axialrichtung des Stellgliedkörpers verschoben wird. Als weitere Alternative, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, kann der Puffermechanismus 26 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch bei einem fluiddruckbetätigten Zylinder 64 verwendet werden, bei dem ein bewegliches Element 62 entlang eines Zylinderrohres 60 verschoben wird. Wenn der Puffermechanismus 26 bei dem fluiddruckbetätigten Zylinder 64 verwendet wird, ist es möglich, eine große Pufferkraft zu erhalten. Der Puffermechanismus 26 kann einfach mit Hilfe eines Gewindeelementes 30 befestigt bzw. gelöst werden.
In Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 66 eine Kolbendichtung, das Bezugszeichen 68 ein Blockelement und das Bezugszeichen 70 ein Stangenelement. Die gleichen Elemente wie in Fig. 1 werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet und auf ihre erneute detaillierte Beschreibung verzichtet.

Claims

1. Puffermechanismus zum Dämpfen von Stößen, die auf ein bewegliches Element eines Stellgliedes ausgeübt werden, wenn das bewegliche Element an einer Verschiebungsendposition ankommt, wobei der Puffermechanismus folgende Elemente aufweist:
ein Blockelement (32), das lösbar in einem Stellgliedkörper (12) angebracht ist,
ein Verschiebungselement, das in einer Verschiebungsrichtung des beweglichen Elementes (22) verschiebbar in dem Blockelement (32) vorgesehen ist und Luft in einer Kompressionskammer (34) in dem Blockelement (32) komprimiert, wenn das bewegliche Element (22) an dem Verschiebungselement anliegt, und
einem Auslassdurchflussrateneinstellelement, das in einem Durchgang (48) zur Verbindung der Kompressionskammer (34) mit der Außenseite des Stellgliedkörpers (12) vorgesehen ist und eine Durchflussrate der nach außen abgelassene Luft einstellen kann.

2. Puffermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassdurchflussrateneinstellelement ein Kontrollventil (50) und ein variables Drosselventil (52) aufweist, die parallel in dem Durchgang (48) angeordnet sind.

3. Puffermechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (42), welches das Verschiebungselement zu dem beweglichen Element (22) drückt, um es in einen Ursprungszustand zurück zu führen, in der Kompressionskammer (34) angeordnet ist.

4. Puffermechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollventil (50) und das variable Drosselventil (52) an dem Blockelement (32) angebracht sind, und dass das Blockelement (32) mit Hilfe eines Befestigungselementes lösbar in dem Stellgliedkörper (12) angebracht ist.

5. Puffermechanismus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschiebungselement und das Federelement (42) an dem Blockelement (32) angebracht sind, und dass das Blockelement (32) mit Hilfe eines Befestigungselementes lösbar in dem Stellgliedkörper (12) angebracht ist.

6. Puffermechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschiebungselement aus einem zylindrischen Kolben (36) besteht und dass der Kolben (36) einen sich in Verschiebungsrichtung erstreckenden linearen Schlitz (41) aufweist.

7. Puffermechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschiebungselement aus einem zylindrischen Kolben (36) besteht und dass der Kolben (36) ein Ende (36a) aufweist, das um eine festgelegte Länge von einer Endfläche des Blockelementes (32) vorsteht.

8. Puffermechanismus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein elastisches Element (49), das aus einem Gummimaterial besteht, an der Endfläche des Blockelementes (32) angebracht ist.

9. Puffermechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellgliedkörper (12) einen Schalldämpfer (56) aufweist, der Auslassgeräusche der nach außen abgelassenen Luft dämpft.

10. Puffermechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied wenigstens ein elektrisches Stellglied (10) oder einen fluiddruckbetätigten Zylinder (64) umfasst.