DE2932283A1 - Pneumatischer kleinantrieb - Google Patents

Description

7. August 1979 D 8c38-osal

Festo-Maschinenfabrik Gottlieb Stoll, 73 Esslingen

Pneumatischer Kleinantrieb

Die Erfindung betrifft einen kleinen pneumatischen Antrieb für einen Lelir- oder Spielzwecken dienenden Baukasten gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein derartiger Antrieb ist in der DE-OS 24 41 858.4 beschrieben. Zu diesem bekannten Antrieb gehört neben einem doppelt wirkenden Arbeitszylinder, welcher einen aus drei Kunststoffspritzteilen (Zylinderlaufbuchse, Zylinderstirnteile) zusammengesetzten Zylinder und einen aus Kunststoff einstückig mit der Kolbenstange gespritzten Kolben umfaßt, ein Gebläse oder ein Niederdruckverdichter als Druckluftquelle sowie ein entsprechendes Steuerventil, das zwischen der Druckluftquelle und dem Arbeitszylinder angeordnet ist. Dieser Antrieb läßt sich wirklichkeitsgetreu genau so wie entsprechende doppelt wirkende pneumatische Antriebe großer Leistung

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betreiben. Andererseits ist der Aufbau des Antriebes für kleinere Kinder nicht ganz einfach; auch sind die Kosten dieses pneumatischen Kleinantriebes für einfache Anwendungen, insbesondere beim Spielen, wo es nur darauf ankommt, daß überhaupt eine Linearbewegung erzeugt wird, verhältnismäßig hoch.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein pneumatischer Kleinantrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, daß eine lineare Bewegung ohne motorgetriebenen Drucklufterzeuger und -ohne Steuerventil erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen pneumatischen Kleinantrieb gemäß Anspruch 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Antrieb wird davon Gebrauch gemacht, daß man auch unter Berücksichtigung der bei für Lehr- und Spielzwecke bestimmten pneumatischen Antrieben aus Kostengründen unvermeidlichen Leckströme eine völlig zufriedenstellende lineare Abtriebsbewegung erhält, wenn man die benötigte, unter niederem Druck stehende Luft durch einen Balg erzeugt, und zum Zurückbewegen des Antriebs in die Ausgangslage eine Feder vorsieht. Ein Steuerventil kann dann entfallen, da die bewegung des Kolbens mit der manuellen Betätigung des Antriebsbalges beginnt und endet. Der erfindungsgemäße pneumatische Kleinantrieb besteht also praktisch nur aus zwei Untereinheiten, was die Herstellungskosten erheblich

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vermindert; der Antrieb ist auch, leicht von kleinen Kindern richtig einsetzbar.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Bei einem Antrieb gemäß Anspruch 2 erhält man eine besonders gute Abdichtung des Kolbens, was im Hinblick auf das Kleinhalten von Leckströmen von Vorteil ist. Zugleich erhält man auch eine gute Führung des Kolbens im Zylinder.

Diese Führung ist bei einem Antrieb gemäß Anspruch 3 noch dadurch verbessert, daß die an der Zylinderinnenwand angreifenden Dichtlippen auf großen Abstand gehalten sind.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 wird ebenfalls eine weitere Verbesserung der Abdichtung am Kolben des Arbeitszylinders erhalten, ohne daß die einer Bewegung des Kolbens entgegenstehenden Reibungskräfte nennenswert erhöht werden.

Bei einem Antrieb gemäß Anspruch 5 kann der Kolben über die gesamte Länge der aus transparentem Kunststoff gefertigten Zylinderlaufbuchse verschoben werden.

Bei einem Antrieb gemäß Anspruch 6 erfolgt auf sehr einfache Weise nach Beendigung der Betätigung ein Wiederauffüllen

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des Luftvolumens im Antriebsbalg zum Ausgleich der zuvor erhaltenen Leckströme.

Bei einem Antrieb gemäß Anspruch 7 ist sichergestellt, daß die Ansaugöffnung beim Betätigen der Betätigungsplatte auch dann sicher verschlossen wird, wenn Kinder mit kleinen Fingern die Betatigungsplatte nach unten drücken.

Bei einem Antrieb gemäß Anspruch 8 besteht der Antriebsbalg nur aus drei Teilen, welche leicht montierbar sind.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 erleichtert das Betätigen des Antriebsbalges , da der Pinger auf einer in sich festen Fläche der Membran angreift.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 1o sorgt für eine Führung der Betätigungsplatte auch in radialer Richtung, was das Handhaben des Antriebsbalges ebenfalls erleichtert. Man kann die Montage des Antriebsbalges noch dadurch erleichtern, daß man die Schraubenfedern in der Vertiefung festklebt, so daß Membran und Feder als ein Bauteil in das Balggehäuse eingesetzt werden können.

Bei einem Antrieb gemäß Anspruch 11 kann nicht nur der Arbeitszylinder sondern auch der Antriebsbalg an anderen Bauelementen des Baukastens angebracht werden.

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Bei einem Antrieb .gemäß Anspruch 14- kann man den Kolben des Arbeitszylinders längere Zeit auch dann in der Arbeitsstellung: halten, wenn Leckströme über den Kolben hinweg auftreten.

Bei einem Antrieb gemäß Anspruch 15 wird dieser Vorteil erhalten, ohne daß man einen besonders großen Hub des Antriebsbalges vorsehen müßte. Ein großer Hub würde nämlich zwangsweise eine aufwendigere Führung der Betatxgungsplatte der Membran in radialer Richtung bedingen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt die einzige Figur einen pneumatischen Kleinantrieb für Lehr- oder Spielzwecke, bei dem ein Arbeitszylinder und ein mit diesem verbundener, von Hand betätigbarer Antriebsbalg in axialer Schnittansicht wiedergegeben sind.

Der in der Zeichnung wiedergegebene pneumatische Kleinantrieb ist zur Verwendung in einem Technikbaukasten bestimmt, welcher über Steckverbindungen lösbar zusammensetzbare Bauelemente enthält, und umfaßt einen insgesamt mit 1o bezeichneten Arbeitszylinder und einen über einen flexiblen Schlauch 12 mit diesem verbundenen Antriebsbalg 14.

Der Arbeitszylinder 1o besteht seinerseits aus einem insgesamt mit 16 bezeichneten Zylinder und einem von einer Kolbenstange 18 getragenen, insgesamt mit 2o bezeichneten Kolben.

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Der Kolben 2o umfaßt zwei aus weichem Gummi bestehende Dichtscheiben '22,24'; und eine zwischen diesen liegende Distanzscheibe 26. Letztere besteht aus hartem Kunststoff und ist anders gefärbt als die Dichtscheiben 22,24, so daß man die Stellung des Kolbens 2o im transparenten Zylinder 16 gut sehen kann. Die Distanzscheibe 26 kann z.B. rot gefärbt sein und hebt sich dann gut von den in der Regel schwarzen Dichtscheiben 22, 24 ab. Die Dichtscheiben 22,24 haben an ihren axial aussen liegenden Enden dünne Dichtlippen 28, welche an der Innenwand des Zylinders 16 dicht anliegen. Man erkennt, daß die beiden Dichtscheiben 22,24 die gleiche Form haben, nur in umgekehrter Ausrichtung auf der Kolbenstange 18 angeordnet sind.

Der Zylinder 16 besteht aus einer aus transparentem Kunststoff, z.B. Acrylglas, hergestellten Zylinderlaufbuchse 3o und aus Stirnteilen 32 und 34, welche aus undurchsichtigem, farbigem Kunststoff gespritzt sind und mit einem Stutzen 36 bzw- 37 fest und dicht in die Zylinderlaufbüchse 3o eingesetzt sind, z.B. eingeklebt sind. Beide Stirnteile 32 und 34 haben in axialer Schnittansicht gesehen ein Quadrat als äußere Querschnittsbegrenzung.

Das in der Zeichnung rechts gelegene Stirnteil 32 ist mit einer im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt aufweisenden, seitlich offenen Verbindungsnut 38 versehen, in welche eine zylindrische Rippe eines anderen Bauelementes des Baukastens zur Herstellung einer Steckverbindung einführbar ist.

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Ausserdem trägt das Stirnteil 52 einen Verbindungsstutzen 4o, über welchen der Schlauch 12 mit dem rechts des Kolbens 2o liegenden Arbeitsraum 42 des ArbeitsZylinders 1o verbunden ist.

Das in der Zeichnung links gelegene Stirnteil 34 ist mit einer angeformten JFührungsbuchse 44 für die Kolbenstange 18 versehen und trägt einen Entlüftungsstutzen 46, welcher mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Das Innere des Stutzens 37 des Stirnteiles 34- bildet eine Federhammer .48, in welcher eine Schraubenfeder 5° in zusammengedrücktem Zustand vollständig Aufnahme finden kann. Das eine Ende der Schraubenfeder 5o ist am Boden der Federkammer 48 abgestützt, ihr zweites Ende greift an der hinteren Stirnfläche des Kolbens 2o an, der so in eine Ruhestellung vorgespannt ist, in welcher er am freien Rand des Stutzens 36 des Stirnteiles 32 anschlägt.

Die Kolbenstange 18 trägt einen Plansch 52 mit einer Eingnut 54 zum Herstellen einer Rastverbindung mit einer nicht gezeigten Last.

Der Antriebsbalg 14 besteht aus einem gespritzten Kunststoffgehäuse 56, einer aus elastischem Gummi bestehenden Membran, die insgesamt mit 58 bezeichnet ist, und einer Schraubenfeder 6o, durch welche die Membran 58 in eine ausgefahrene Stellung vorgespannt ist. In der letzteren hat ein durch die Innenseite der Membran 58 und eine öackbohrungsähnliche Ausnehmung 62 des Gehäuses 56 begrenzter Arbeitsraum 64. des Antriebsbalges 14 sein größtes Volumen.

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Das Gehäuse 56 trägt einen angeformten Verbindungsstutzen 66, auf welchem das zweite Ende des Schlauches 12 dicht aufgeschoben ist und welcher über einen Kanal 68 mit der Ausnehmung 62 in Verbindung steht. Der Kanal 68 endet beim Boden der Ausnehmung 62. Das Gehäuse 56 ist mit einer seitlich offenen, kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Verbindungsnut 7o versehen, welche wiederum zum Herstellen einer Steckverbindung mit anderen Bauelementen des Baukastens dient.

In der Umfangswand der Ausnehmung 62 ist eine Ringnut 72 vorgesehen und in dieser sitzt ein Randwulst 74- der Membran 58 mechanisch fest und strömungsmitteldicht ein. An den Randwulst 74· schließt sich ein dünner, bei ausgefahrener Membran 58 zylindrischer Biegeabschnitt 76 an. Dieser ist oben durch eine dicke Betätigungsplatte 78 verschlossen. In deren Mitte ist eine Ansaugöffnung 8o für Luft ausgebildet, welche in eine auf der Unterseite der Betätigungsplatte 78 ausgebildete Vertiefung 82 ausmündet. Letztere dient als Federsitz für das eine Ende der Schraubenfeder 6o, deren zweites Ende am Boden der Ausnehmung 62 abgestützt ist und welche die Membran 58 in die in der Zeichnung wiedergegebene voll ausgefahrene Stellung vorspannt, in welcher der Biegeabschnitt 76 zylindrische Gestalt hat. Die Betätigungsplatte 78 hat eine kegelstumpfförmige Randpartie 86, Die Ansaugöffnung 8o hat kleinen Durchmesser, so daß sie auch von einem nur' kleinen Finger dicht verschlossen werden kann. Die Membran 58 ist ein einstückiges Teil aus weichem Gummi oder einem weichen elastischen Kunststoff.

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Bei einem praktisdhen Ausführungsbeispiel des oben beschriebenen pneumatischen Kleinantriebes hat der Arbeitsraum des Arbeitszylinders 1o einen Durchmesser von 15 mm und eine effektive Länge von 25 mm. Die Länge des Kolbens beträgt 7 mm; damit ist der nutzbare Hub des Arbeitszylinders 18 mm. Der Aussendurchmesser der Membran 58 beträgt 3o mm, ihr Hub etwa 1o mm. Der maximale Arbeitsraum des Antriebsbalges 14 ist somit deutlich größer als der maximale Arbeitsraum des Arbeitszylinders 1o; man kann daher den Kolben auch bei Leckströmen längere Zeit entgegen der Kraft der Schraubenfeder 5o voll in der Arbeitsstellung halten, da ein entsprechendes Luftvolumen vom Antriebsbalg nachgeliefert wird.

Der oben beschriebene pneumatische Kleinantrieb arbeitet wie folgt:

Man drückt mit dem Daumen oder einem anderen Einger auf die Betätigungsplatte 78, wodurch die Ansaugöffnung 8o verschlossen wird. Beim Abwärtsbewegen der Betätigungsplatte 78 wird ein entsprechendes Luftvolumen unter Druck über den Schlauch 12 zum Arbeitsraum 42'des Arbeitszylinders 1o abgegeben, so daß der Kolben 2o entgegen der Kraft der Schraubenfeder 5o in der Zeichnung nach links bewegt wird, bis er mit seiner Rückseite an dem freien Rand des Stutzens 37 anschlägt. In dieser Stellung bleibt der Kolben so lange, wie der Pinger auf die Betätigungsplatte 78 drückt, wobei diese zum Ausgleich von Leckströmen langsam nach unten absinkt. Sowie die Betätigungsplatte 78 losgelassen wird, wird sie unter der Kraft der Schraubenfeder 6o nach oben bewegt,

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und der Kolben 2o wird durch die Schraubenfeder 5o in der Zeichnung nach rechts bewegt. Dabei wird über die Ansaugöffnung 80 so viel Luft angesaugt, wie über die Dichtlippen 28 des Kolbens 2o (und bei nicht fest aufgesetztem Finger über die Ansaugöffnung 80) zuvor an
Leckströmen verloren ging.

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Claims (1)

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   Festo-Maschinenfabrik Gottlieb Stoll, 73 Esslingen

   Pneumatischer Kleinantrieb

   A η s ρ rü ehe

   My Kleiner pneumatischer Antrieb für einen Lehr- oder Spielzwecken dienenden Baukasten mit einem Arbeitszylinder, welcher aufweist: Zylinderstirnteile, welche mit den einen Teilen mechanischer Steckverbindungen versehen sind, während komplementäre Teile dieser Steckverbindungen von anderen Bauelementen des Baukastens getragen sind, eine zwischen diesen Stirnteilen angeordnete Zylinderlaufbuchse und einen im Zylinder verschiebbaren Kolben, und mit einer mit dem Arbeitszylinder verbundenen Niederdruck-Druckluftquelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (Ίο) ein einfach wirkender ist, dessen Kolben (2o) durch eine

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   Feder (5o) in eine-Ruhestellung vorgespemnt ist; daß der Kolben (2o) dicht an der Innenwand des Zylinders (16) anliegende Dichtlippen (28) trägt, und daß die Druckluftquelle einen durch eine Jeder (6o) in eine ausgefahrene Ruhestellung mit großem Volumen des Arbeitsraumes (64) vorgespannten Antriebsbalg (14) aufweist.

   2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2o) zwei gleiche, jeweils am axial aussen liegenden Ende eine Dichtlippe (28) aufweisende Dichtscheiben (22,24) trägt.

   3· Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Dichtscheiben (22,24) ein Distanzring (26) angeordnet ist.

   4. Antrieb nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtscheiben (22,24) aus weichem Gummi bestehen.

   5- Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kolben vorspannende Feder (5o) eine Schraubenfeder ist, welche ancfer Rückseite des Kolbens (2o) und an dem dieser benachbarten Stirnteil (34) des Zylinders (16) abgestützt ist und in zusammengedrücktem Zustand in einer Federkammer (48) dieses Stirnteiles (34) Aufnahme findet.

   6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsbalg (14) eine eine mittige

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   Ansaugöffnung (80) für Luft aufweisende Betatigungsplatte (78) hat.

   7. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnung (80) kleinen Durchmesser hat.

   8. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsbalg (14-) ein starres Gehäuse (56) und eine mit einem Randwulst (74-) in eine Ringnut (72) des Balggehäuses (56) eingreifende Membran (58) aufweist.

   9. Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (58) einen dünnen, im ausgefahrenen Zustand im wesentlichen zylindrischen Biegeabschnitt (76) und eine dessen Oberseite verschließende dicke und verhältnismäßig steife Betätigungsplatte (78) umfaßt.

   Ίο. Antrieb nach Anspruch 9i dadurch gekennzeichnet, daß die Betatigungsplatte auf ihrer Unterseite eine Vertiefung (82) aufweist, in welcher ein Ende der zum Vorspannen der Membran (58) in die ausgefahrene Ruhestellung dienenden Schraubenfeder (60) zentriert ist, deren anderes Ende am starren Balggehause (56) abgestützt ist.

   11. Antrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß das Balggehause (56) mit einem Teil (7o) einer Baukasten-Steckverbindung versehen ist.

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   12. Antrieb nach, "einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (58) ein einstückiges Formteil aus Gummi oder einem gut elastischen Kunststoff ist.

   13. Antrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch, gekennzeichnet, daß das Balggehäuse (56) ein Kunststoffspritzteil ist.

   14. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 131 dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsvolumen des Antriebsbalges (14) ein mehrfaches, vorzugsweise das zwei- bis vierfache des Arbeitsvolumens des Arbeitszylinders (1o) beträgt.

   15· Antrieb nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsbalg (14) verglichen mit dem Arbeitszylinder (1o) großen Durchmesser aufweist.

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