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Bewegungseinheit für Handhabunsgeräte
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bewegungseinheit für Handhabungsgeräte
mit zwei zueinander längsverschiebbaren oder gegeneinander verdrehbaren Teilen,
welche Teile mittels mindestens einer aus Kolben und Zylinder bestehenden Antriebseinheit
relativ zueinander bewegbar sind, und denen mindestens für eine Bewegungsrichtung
eine Endlagendämpfungseinrichtung zugeordnet ist.
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Im Zuge zunehmender Rationalisierung der Arbeitswelt werden in vermehrtem
Masse Handhabungsgeräte oder Manipulatoren eingesetzt. Sie dienen zum Aufnehmen,
Transportieren und Wiederabgeben von Bearbeitungsstücken oder Montageteilen aus
Lagern oder sind bei der Fliessbandfertigung im Einsatz. Auch lassen sich mit ihnen
Werkzeuge, etwa bei Spritz- oder Schweissarbeiten handhaben.
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Derartige Handhabungsgeräte bestehen in der Regel aus LinearundSoder
Dreheinheiten, die - mit entsprechenden Greifvorrichtungen versehen - in verschiedenen
Bewegungsachsen voneinander unabhängige Bewegungen ausführen können. Die einzelnen
Bewegungseinheiten sind mit einstellbaren Endanschlägen versehen, denen jeweils
Dämpfungseinrichtungen
zugeordnet sind.
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In der CH-PS 572 383 ist ein derartiges Handhabungsgerät beschrieben
und dargestellt. Die Linear-Bewegungseinheit ist mit einer Endlagendämpfungseinrichtung
versehen. Diese ist räumlich getrennt von der Kolben/Zylinder-Einheit angeordnet,
Sie besteht aus einem Bolzen, der in einem Flansch eines Befestigungsgliedes verschiebbar
ist, dort in den Zu- bzw. Ablaufweg für das Antriebsmedium ragt und beim Auflaufen
der Stirnfläche eines Anschlagteiles den Zu- bzw.
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Abfluss des Antriebsmediums drosselt. Der Anschlagteil ist zur Einstellung
der Endlage relativ zur Kolben/Zylinder-Einheit verschiebbar, Der Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, eine Bewegungseinheit für Handhabungsgeräte zu schaffen, die
sich durch einfachen und wirtschaftlichen Aufbau der Endlagendämpfung auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird bei einer Bewegungseinheit der eingangs genannten
Gattung erfindungsgemäss dadurch gelöst1 dass die Endlagendämpfungseinrichtung in
den Zylinderkopf der Antriebseinheit integriert ist und dass die Zu- bzw. Abfuhr
des Antriebsmediums zylinderkopfseitig erfolgt.
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Die Vorteile des Erfindungsgegenstandes sind insbesondere im folgenden
zu sehen: a) durch die Integration der Dämpfungseinrichtung in den
Zylinderkopf
wird ein kompakter Aufbau der Bewegungseinheit erreicht, b) je Dämpfungsvorrichtung
entfällt eine Dichtstelle des pneumatischen oder hydraulischen Kreises, c) die Dämpfungskraft
wird unm.ttelbar dort aufgebaut, wo die Massenträgheitskräfte eingeleitet werden
wodurch Verkantungen der relativ zueinander beweglichen Teile ausgeschaltet sind,
d) die Dämpfung ist weitgehend von der zeitlichen Aufeinanderfolge-der Lastspiele
unabhängig, da die Dämpfungseinrichtung nach jedem Dämpfungsvorgang durch das Antriebsmedium
selbst gekühlt wird, e) sowohl Linear- als auch Dreheinheiten lassen sich mit einunddemselben
Dämpfungssystem ausrüsten, was neben fertigungstechnischen auch wirtschaftliche
Einsparungen ermöglicht.
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Gemäss einer ersten Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist im
Zylinderkopf eine Dämpfungskammer vorgesehen, die zwischen sich und der Zylinderwandung
einen Ringspalt freilässt, und in welche Dämpfungskammer das zylinderkopfseitige
Ende des Kolbens in der einen Endlage teilweise eintaucht, und dass die Zu- bzw.
Abfuhr des Antriebsmediums zumindest teilweise Uber den genannten Ringspalt erfolgt.
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Dies ergibt neben einem extrem wirtschaftlichen Aufbau den Vorteil
einer optimalen Kühlung der Dämpfungskammer.
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Zwecks Erzielung einer progressiven Dämpfungskennlinie ist das zylinderkopfseitige
Ende des Kolbens konisch ausgebildet, während die Bohrung in der Dämpfungskamrr,er
- dem Kolbenquerschnitt entsprechend-achsparallele Seitenwände aufweist bzw. allenfalls
eine geringere Konizität als diejenige des genannten Kolbenendes hat. Auf diese
Weise verkleinert sich der zwischen Kolben und Bohrung vorhandene Spalt mit zunehmender
Eindringtiefe des Kolbens in die Dämpfungskammer.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigt: Fig, 1 eine Linear-Bewegungseinheit, schematisch
in Draufsicht, Fig. 2 einen Schnitt durch die Symmetrieachse der Bewegungseinheit
gemäss Fig. 1 entlang deren Linie A-A, Fig, 3 eine mehr ins einzelne gehende Darstellung
in vergrössertem Massstab der Kolben/Zylinderanordnung mit integrierter Dämpfungseinrichtung
Fig. 4 einen Schnitt- durch das zylinderkopfseitige Ende der KolbenfZylinderanordnung
gemäss Fig, 3 entlang deren Linie B-B bei teilweise eingefahrenem Kolben,
Fig.
5 eine mehr ins einzelne gehende Darstellung in vergrössertem Massstab der Kolbenführ-
und Schmierkammer der Kolben-Zylinder-Anordnung, Fig. 6 einen Schnitt durch die
Kolbenführ- und Schmierkammer gemäss Fig. 5 entlang deren Linie 0-0 Die in Fig.
1 schematisch dargestellte Linearbewegungseinheit weist ein Befestigungsglied 1
.lauf, das beidseitig je mit einer Sitzfläche 2 nebst angedeuteter Verschraubung
3 zum Verbinden mit anderen Bewegungseinheiten versehen ist. Das Befestigungsglied
1 umschliesst zwei parallel verlaufende, in nicht dargestellten Führungshülsen geführte
Hohlsäulen 4 und 5. Die Enden der Hohlsäulen sind mittels Flanschen 6 und 7 zusammengefasst.
Auf Mitte zwischen den Hohlsäulen 4, 5 sind gemäss Fig. 1 und 2 Antriebseinheiten
für die Linearbewegung der Einheit zwei je in einem Zylinder 8 bzw, 9 gemeinsam
miteinander bewegliche, als Plunger ausgebildete Kolben 10, 11 angeordnet. Beide
Kolben 10, 11 sind an den Flanschen 6 bzw. 7 lösbar und gegenüber diesen verschiebbar,
z.B. mittels einer lediglich angedeuteten Klemmvorrichtung 12 bzw. 13, befestigt,
wodurch sich der Linearhub einstellen lässt.
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In der weitgehend schematisierten Schnittdarstellung der Fig.
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2 sind die Zylinder 8 bzw, 9 als Bohrungen im Befestigungsteil 1 dargestellt,
während in der praktischen Realisierung der Bewegungseinheit diese Zylinder einschliesslich
der Plunger, Dicht-, Führungs- und Dämpfungsteilen als Baueinheit ausgeführt sind,
die in das Befestigungsteil eingebaut werden.
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Jede Kolben/Zylinder-Anordnung weist eine inteogrierte Dämpfungseinrichtung
am zylinderkopfseitigen Ende auf. Diese besteht aus einer becherförmigen, gegen
den Kolben hin offenen Dämpfungskammer 14 bzw. 15 mit einem Aussendurchmesser kleiner
als der Innendurchmesser des sie umgebenden Zylinderteils. Die Dämpfungskammer stützt
sich, wie aus Fig, 4 ersichtlich ist, über Distanzelemente 16 auf der Zylinderwand
1' ab. Auf diese Weise entstehen, je nach Ausbildung, Anordnung und Anzahl der Distanzelemente
16 kreisringförmige Ringspalte oder Teilringspalte 17. Das zylinderkopfseitige Ende
10' bzw. 11' der Kalben 10,11 verjüngt sich konisch gegen das Ende hin. Die Innenbohrungen
der Dämpfungskammern 14 bzw. 15 weisen - dem Kolbenquerschnitt entsprechend konturiert
- achsparallele Seitenwände auf oder verjüngen sich gegen den Kammergrund hin mit
geringerer Konizität. Das Antriebsmedium, z.B. Hydraulikflü.ssigkeit, wird der Kolben/Zylinderanordnung
über Bohrungen 18, 19, die in einen Zwischenraum 20 bzw. 21 hinter der DEmpfungskammer
14 bzw. 15 münden, durch die Ringspalte 17 zugeführt. Die Kolben 10, 11 sind im
Befestigungsteil 1 geführt. Der Zylinderraum ist gegenüber dem Aeusseren durch zwei
hintereinander geschaltete Dichtelemente 22, 23 bzw.
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24, 25, z.B. in Form von Dichtringen, die in Ringnuten 26 bzw, 27
im Befestigungsteil angeordnet sind, abgedichtet.
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Beide Ringnuten sind durch eine Mehrzahl von parallel zur Kolbenachse
verlaufenden und gegen die Kolbenbohrung offenen Kanälen 28 verbunden (Fig. 6).
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Die Wirkungsweise der in die Kolben/Zylinder-Anordnung integrierten
Dämpfungseinrichtung wird nachstehend anhand der Schnittdarstellung gemäss Fig,
3 näher erläutert.
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Bei Bewegung des Kolbens 10 in Richtung des Pfeils 29 wird bei dessen
Eintauchen in die Dämpfungskammer 14 das darin befindliche Antriebsmedium, vorzugsweise
Hydraulikflüssigkeit verdrängt. Dieses strömt durch den sich im Verlaufe der Kolbenbewegung
zunehmend verkleinernden Ring spalt zwischen Kammerwandung und konischem Kolbenende
in Richtung der Pfeile 30, 30' in den Zwischenraum 20 hinter der Dämpfungskammer
14 und von dort durch die Bohrung 18 in den äusseren Antriebsmediumkreis (nicht
dargestellt). Die Be-.
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wegungsenergie des Kolbens und der mit ihm verbundenen Teile wird
dabei in Wärme umgesetzt, die teils von dem Antriebsmedium, teils von der Dämpfungskammer,
teils vom Kolben, teils von den Zylinderwandungen aufgenommen wird, was sich in
Temperaturerhöhungen der genannten Teile äussert. Infolge der Temperaturerhöhung
ändern sich die die Dämpfung bestimmenden Parameter der Dämpfungseinrichtung5 falls
diese nicht Wärme vor dem nächsten Last spiel abgeführt wird. Das nächste Lastspiel(in
Richtung des Pfeils 29') wird durch Beaufschlagen der Kolben/Zylinder-Anordnung
eingeleitet . Das am zylinderkopfseitigen Ende um die Dämpfungskammer herum einströmende
Antriebsmedium kühlt nun die vorher erwärmten Teile auf eine nur unwesentlich über
der Ausgangs temperatur (Raumtemperatur) liegenden Wert ab, so dass beim sich daran
anschliessenden Dämpfungsvorgang die gleichen optimalen Verhältnisse vorliegen.
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Durch geeignete Bemessung der DEmpfungskammer, der Eintauchtiefe des
Xolbenendes, dessen Konizität lassen sich nahezu beliebige Dämpfungskennlinien einstellen.
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Die Funktionsweise der KolbenfUhrungs- und Dichtungsanordnung gemäss
Fig. 5 geht aus folgendem hervor:
Bei Bewegungseinheiten bei denen
das Antriebsmedium eine Flüssigkeit ist, besteht ein wesentliches Problem in der
Abdichtung des Zylinderraumes gegenüber der Aussenwelt.
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Leckflüssigkeit, die gleichzeitig der Schmierung dient, haftet an
dem das Befestigungsteil verlassenden Kolbenende 10" an. Mit der aus zwei hintereinandergeschalteten
Dichtringen 22, 23 bestehenden Dichtanordnung wird in Verbindung mit den beide Ringnuten
26, 27 verbindenden Kanälen 28, die als Leckflüssigkeitssammelräume wirken, die
Leckage auf ein Mindestmass verkleinert. Bei der Bewegung des Kolbens 10 in Richtung
des Pfeiles 29' wird die zwischen den beiden Dichtungen 22 und 23 am Kolben 10 noch
anhaftende Flüssigkeit am Dichtring 23 abgestreift und in den Kanälen 28 gesammelt.
Bei der Bewegung des Kolbens 10 in Gegenrichtung (Pfeil 29) wird ein Grossteil der
Flüssigkeit in den Kanälen wieder mitgenommen. Es stellt sich im Verlaufe des Betriebes
ein quasistationärer Zustand ein, bei dem gerade soviel Flüssigkeit in den Kanälen
mitgenommen wird, wie bei Bewegung des Kolbens 10 (in Pfeilrichtung 29') hineingefördert
wird.
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Die Erfindung wurde vorstehend im Zusammenhang mit Linear-Bewegungseinheitenbeschrieben.
Sie ist jedoch keinesfalls auf solche beschränkt. Alle zum Stand der Technik zu
zählenden Dreh-Bewegungseinheiten, z.B. solche, wie sie aus der eingangs genannten
CH-Patentsehrift bekannt sind, bedienen sich bei der Erzeugung einer Rotationsbewegung
Kolben/Zylinderanordnungen, wobei die Translation eines Kolbens (oder des Zylinders)
über Zahnstangen, Seilzüge und dergleichen in Drehbewegungen umgesetzt werden. Dichtungs-
und Dämpfungs-
probleme lassen sich demgemäss auch bei derartigen
Einheiten in der beschriebenen Weise lösen, ohne dass das der Erfindung zugrundeliegende
Prinzip verlassen werden muss.
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Bezeichnungslist e 1 Befestigungsglied 2 Sitzfläche 3 Verschraubung
4,5 Hohlsäulen 6,7 Flansch 8,9 Zylinder 10,11 Kolben 10',11' konisches Ende der
Kolben 10,11 12,13 Klemmvorrichtung 14,15 Dämpfungskammer 16 Distanzelement 17 Spalt
18,19 Bohrung zur Zu- bzw, Abfuhr des Antriebsmediums 20,21 Zwischenraum 2223,24,25
Dichtringe 26,27 Ringnut 28 Kanal 29,29' Bewegungsrichtung des Kolbens 10 30, 30'
Strömungsrichtung des Antriebsmediums 31 Kolbenführung
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