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Dokumentenidentifikation DE19745023C2 05.01.2000
Titel Schrittantriebsvorrichtung
Anmelder FESTO AG & Co, 73734 Esslingen, DE
Erfinder Stoll, Kurt, Dipl.-Ing. Dr., 73732 Esslingen, DE;
Mechler, Wolfgang, 73730 Esslingen, DE
Vertreter Patentanwälte Magenbauer, Reimold, Vetter & Abel, 73728 Esslingen
DE-Anmeldedatum 11.10.1997
DE-Aktenzeichen 19745023
Offenlegungstag 18.06.1998
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 05.01.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.01.2000
IPC-Hauptklasse F15B 15/06

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schrittantriebsvorrichtung zur Erzeugung schrittweiser Drehbewegungen, mit einem drehbar gelagerten Drehteil und mit einer fluidbetätigten Antriebseinrichtung, wobei die Antriebseinrichtung bei einem Arbeitshub mittels einer an ihr vorgesehenen, Längserstreckung aufweisenden Antriebsverzahnung in eine dem Drehteil zugeordnete Abtriebsverzahnung eingreift und dadurch das Drehteil um einen vorherbestimmten Drehwinkel dreht und bei einem anschließenden Rückhub die Drehposition des Drehteiles unbeeinflußt läßt.

Eine derartige Schrittantriebsvorrichtung geht beispielsweise aus dem Lehrbuch "Einführung in die Pneumatik", Seiten 96 und 97, Meixner/Kobler, 2. Auflage, 1974, FESTO/Berkheim, hervor. Dort wird ein Rundschalttisch gezeigt, wobei die Antriebsverzahnung an einem äußeren Ende einer Kolbenstange eines Arbeitszylinders angeordnet ist. Die Antriebsverzahnung steht in Eingriff mit der an einer Transportscheibe vorgesehenen Abtriebsverzahnung. Drehfest mit der Transportscheibe ist eine Schaltklinke verbunden, die mit ihrem freien Ende in eine an einem von einem Drehtisch gebildeten Drehteil vorgesehene Teilung eingreifen kann. Bei einem Hub des Arbeitszylinders in die eine Richtung hakt die Schaltklinke aus einer Teilung aus und wird durch die Drehung der Transportscheibe entlang des Drehtisches bis zur benachbarten Teilung bewegt. Die Schaltklinke rastet in diese Teilung ein und dreht bei einem Hub des Arbeitszylinders in die entgegengesetzte Richtung den Drehtisch mit. Die Schaltklinke hat dabei die Aufgabe, zwischen Drehtisch und Transportscheibe eine drehfeste Verbindung herzustellen. Eine Arretiervorrichtung gewährleistet beim Umschalten der Schaltklinke in eine neue Teilung des Drehtisches den Stillstand desselben. Bei der anschließenden Drehung der Transportscheibe in entgegengesetzter Richtung wird die Arretierung aufgehoben, so daß ein Mitdrehen des Drehtisches möglich ist.

Die bekannte Schrittantriebsvorrichtung ist sehr komplex und aufwendig aufgebaut. Die Umschaltbewegung der Schaltklinke in eine neue Teilung des Drehtisches muß relativ genau bemessen sein, um das Einrasten der Schaltklinke in die neue Teilung zu gewährleisten. Dies bedeutet also, daß die Länge des Hubes des Arbeitszylinders sehr genau auf die Teilung des Drehtisches eingestellt werden muß. Desweiteren ist es zur Einstellung eines neuen Drehwinkels notwendig, den Drehteller mit einer neuen Teilung zu versehen oder gar einen Austausch des Drehtellers vorzunehmen.

Es ist daher die Aufgabe dieser Erfindung, eine Schrittantriebsvorrichtung zu schaffen, die bei kostengünstigem Aufbau eine einfache und schnelle Möglichkeit bietet, den Drehwinkel des Drehteiles zu verändern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abtriebsverzahnung ständig in drehfester Verbindung mit dem Drehteil steht, und daß die Antriebseinrichtung mit einer fluidbetätigten Positioniereinrichtung zusammenwirkt, durch die die Antriebseinrichtung im Rahmen einer Positionierbewegung zwischen einer während des Arbeitshubes die Antriebsverzahnung mit der Abtriebsverzahnung in Eingriff haltenden Arbeitsposition und einer die Antriebsverzahnung während des Rückhubes außer Eingriff mit der Abtriebsverzahnung haltenden Leerlaufposition bewegbar ist.

Somit ist auf der Abtriebsseite ein sehr einfacher Aufbau möglich, weil sich eine zeitweilige bewegungsmäßige Entkoppelung zwischen der Abtriebsverzahnung und dem Drehteil erübrigt. Die beiden Teile können somit ständig in drehfester Verbindung stehen. Die schrittweise Bewegung wird dadurch erzeugt, daß die beiden Verzahnungen mit Hilfe der Positioniereinrichtung abwechselnd in und außer Eingriff miteinander gebracht werden. Eine Variation des gewünschten Drehwinkels kann ohne Umbau oder Austausch des Drehteiles dadurch erfolgen, daß lediglich die Länge des Arbeitshubes verändert wird, sei es zum Beispiel durch Maßnahmen zur Hubbegrenzung oder durch Umschalten der Antriebsverzahnung in die Leerlaufposition bei Erreichen einer vorbestimmten Hubposition.

Die DE 36 13 484 A1 beschreibt einen Schwenkmotor, bei dem die lineare Verschiebebewegung einer Zahnstange in eine Schwenkbewegung einer mit einem Ritzel verbundenen Welle umgesetzt wird. Da die Zahnstange ständig mit dem Ritzel in Eingriff steht, ist allerdings eine schrittweise Drehbewegung nicht realisierbar.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Zweckmäßigerweise ist die Antriebseinrichtung an einem Träger angeordnet und bildet zusammen mit diesem eine Bewegungseinheit, die die Positionierbewegung ausführt. Dabei greift die Positioniereinrichtung insbesondere am Träger an. Auf diese Weise kann die gesamte Antriebseinrichtung sehr einfach zwischen der Arbeitsposition und der Leerlaufposition hin und her bewegt werden.

Desweiteren ist es vorteilhaft, wenn die Bewegungseinheit durch eine Führungseinrichtung in ihrer Positionierbewegung geführt und abgestützt ist. Durch diese Maßnahme wird einerseits eine exakte Positionierbewegung gewährleistet und andererseits durch das Abstützen der Bewegungseinheit eine mechanische Belastung der Positioniereinrichtung vermieden.

Die Führungseinrichtung kann ein Gehäuse und eine darin verschiebbar geführte Führungsstange enthalten. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit dar, eine sehr präzise Führungseinrichtung zu realisieren.

Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die einen gekrümmten Verlauf aufweisende Abtriebsverzahnung im Umfangsbereich des Drehteils angeordnet ist. Insbesondere ist die Abtriebsverzahnung von einem Zahnkranz gebildet. Somit kann die Abtriebsverzahnung direkt am Drehteil vorgesehen sein, ohne daß ein zusätzliches, die Abtriebsverzahnung aufweisendes Bauteil notwendig ist.

Es ist desweiteren vorteilhaft, wenn das Drehteil drehbar an einem Grundkörper gelagert ist, wobei die Positioniereinrichtung zwischen Grundkörper und Träger zwischengeschaltet ist. Vor allem kann auch die Führungseinrichtung zwischen Grundkörper und Träger zwischengeschaltet sein. Diese Anordnung von Positioniereinrichtung und Führungseinrichtung ermöglicht eine sehr kompakte, eine Einheit formende Ausgestaltung der Schrittantriebsvorrichtung.

Vorteilhafterweise ist die Positioniereinrichtung von wenigstens einem Arbeitszylinder, insbesondere von zwei Arbeitszylindern gebildet. Arbeitszylinder sind als Positioniereinrichtung besonders geeignet, da sie einfach und kostengünstig sind und von sich aus durch die beiden Endlagen des Kolbens die jeweils zugehörige Arbeitsposition bzw. Leerlaufposition vorgeben können.

Ist die Antriebseinrichtung von einem Arbeitszylinder gebildet, ist auch der einfache und kostengünstige Aufbau der Antriebseinrichtung gewährleistet, da derartige Arbeitszylinder zu Standardbauteilen zählen. Arbeitszylinder ermöglichen überdies eine einfache Vorgabe des Hubes. Auch Zwischenstellungen lassen sich problemlos vorgeben, zum Beispiel durch Einsatz von in den Hubweg ragenden Anschlägen.

Desweiteren ist es vorteilhaft, wenn eine Abstützeinrichtung vorgesehen ist, die eine sich in Hubrichtung erstreckende Abstützfläche aufweist, an der sich die Antriebsverzahnung auf der der Abtriebsverzahnung entgegengesetzten Seite zumindest während des Arbeitshubes mittelbar oder unmittelbar abstützt. Durch eine derartige Ausgestaltung ist der sichere Eingriff der Antriebsverzahnung mit der Abtriebsverzahnung beim Arbeitshub gewährleistet, da ein Wegbiegen der Antriebsverzahnung von der Abtriebsverzahnung nicht möglich ist.

Zum Blockieren der Drehbewegung des Drehteiles kann eine insbesondere fluidbetätigte Arretiervorrichtung vorgesehen sein. Mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung wird sichergestellt, daß das Drehteil, vor allem während des Rückhubes der Antriebseinrichtung, in seiner Lage unverändert bleibt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zur variablen Vorgabe der Länge des Arbeitshubes mindestens ein Anschlag vorgesehen. Über diese sehr einfache Möglichkeit den Arbeitshub in seiner Länge zu verändern, wird gleichzeitig der Drehwinkel des Drehteiles proportional zum Arbeitshub variiert.

Im folgenden wird diese Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schrittantriebsvorrichtung in Draufsicht, wobei sich die Antriebseinrichtung in Arbeitsposition befindet,

Fig. 2 das Ausführungsbeispiel der Schrittantriebsvorrichtung gemäß Fig. 1 in Draufsicht, wobei sich die Antriebseinrichtung in Leerlaufposition befindet,

Fig. 3 das Ausführungsbeispiel der Schrittantriebsvorrichtung aus Fig. 1 in einer Seitenansicht gemäß Pfeil III, und

Fig. 4 das Ausführungsbeispiel der Schrittantriebsvorrichtung aus Fig. 1 in einem Schnittbild gemäß der Schnittlinie IV-IV.

Die erfindungsgemäße Schrittantriebsvorrichtung dient dazu, schrittweise Drehbewegungen zu erzeugen, wie sie beispielsweise bei Fertigungsprozessen für getaktete Vorschubbewegungen benötigt werden, die in einer Kreisbahn verlaufen. Konkret könnte man sich beispielsweise ein zylinderförmiges Werkzeugmagazin für eine Werkzeugmaschine vorstellen, in dessen Umfangsbereich verschiedene Werkzeuge gelagert sind. Um ein Werkzeug zu wechseln, wird nun das Magazin in eine derartige Stellung gedreht, daß das benötigte Werkzeug in der zur Entnahme aus dem Werkzeugmagazin richtigen Position ist.

Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Schrittantriebsvorrichtung. Die Schrittantriebsvorrichtung weist ein drehbar an einem Grundkörper 3 gelagertes Drehteil 4 auf. Beispielsgemäß ist das Drehteil 4 von einer kreisförmigen Scheibe 5 gebildet. Die Scheibe 5 ist im Bereich ihres Zentrums drehfest an einer Welle 8 befestigt, wobei die Welle 8 den Grundkörper 3 durchsetzt und an diesem drehbar gelagert ist. Die Welle 8 stellt die Drehachse 9 des Drehteiles 4 dar.

Zwischen die Scheibe 5 und den Grundkörper 3 ist eine koaxial zur Welle 8 angeordnetes, zylinderförmiges Abstandsstück 10 zwischengeschaltet, das am Grundkörper 3 anliegt. Das Abstandsstück 10 gibt so den Abstand zwischen dem Grundkörper 3 und der Scheibe 5 vor und dient zugleich zur Abstützung gegenüber dem Grundkörper 3. Grundkörper 3, Welle 8 und Abstandsstück 10 sind beispielsgemäß drehfest miteinander verbunden und können alternativ einstückig ausgebildet sein.

Im Umfangsbereich des von der Scheibe 5 gebildeten Drehteiles 4 ist eine das Drehteil 4 ringförmig umgebende und ständig drehfest mit dem Drehteil 4 verbundene Abtriebsverzahnung 13 vorgesehen. Die Abtriebsverzahnung 13 ist in der vorliegenden Ausführungsform von einem Zahnkranz 14 gebildet. Die Zähne 15 des Zahnkranzes 14 erstrecken sich dabei bezüglich der Drehachse 9 des Drehteiles 4 radial nach außen, es handelt sich um eine gekrümmte Außenverzahnung.

Zum Drehen des Drehteiles 4 umfaßt die Schrittantriebsvorrichtung eine fluidbetätigte Antriebseinrichtung 18. Diese ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform von einem Arbeitszylinder 19 gebildet. Die Kolbenstange 20 des Arbeitszylinders 19 ist durchgehend ausgebildet und ragt an beiden Stirnseiten aus dem Zylindergehäuse 23 des Arbeitszylinders 19 heraus. Im Bereich ihrer beiden Kolbenstangenenden 24, 25 ist die Kolbenstange 20 jeweils mittels einer Befestigungseinrichtung 27 an einem in diesem Ausführungsbeispiel plattenförmigen Träger 28 ortsfest festgelegt. Eine jeweilige Befestigungseinrichtung 27 enthält eine das zugeordnete Kolbenstangenende 24, 25 koaxial umschließende Aufnahmepartie 29. In Richtung der Längsachse 32 der Kolbenstange 20 von einem jeweiligen Kolbenstangenende 24, 25 weg ist eine jeweilige Aufnahmepartie 29 von einem sich quer zur Längsachse 32 erstreckenden Befestigungsstück 33 fortgesetzt. Ein jeweiliges Befestigungsstück 33 ist gemäß Fig. 3 mit seiner dem Träger 28 zugewandten Befestigungsfläche 34 mit diesem verbunden. Diese Verbindung kann beispielsweise mittels einer strichpunktiert angedeuteten Schraubverbindung 37 realisiert werden. Zum Befestigen der Kolbenstange 20 an einer jeweiligen Befestigungseinrichtung 27 sind ebenfalls strichpunktiert angedeutete Schraubverbindungen 38 vorgesehen, wobei eine jeweilige Schraube entlang der Längsachse 32 durch das zugeordnete Befestigungsstück 33 hindurchsteckbar und in ein nicht näher dargestelltes, in eine jeweilige Stirnseite der Kolbenstange 20 eingebrachtes Gewinde eindrehbar ist. Die Kolbenstange 20 erstreckt sich parallel zur Ausdehnungsebene des Trägers 28 und liegt einer seiner Trägerflächen 42 - hier der nach oben weisenden - mit Abstand gegenüber.

Die fluidbetätigte Antriebseinrichtung 18 ist etwa auf Höhe des Drehteiles 4 quer zur Drehachse 9 mit Abstand neben dem Drehteil 4 angeordnet. Ferner ist das Zylindergehäuse 23 mittels der Befestigungseinrichtung 27 derart beabstandet zum Träger 28 angeordnet, daß es entlang der Kolbenstange 20 bewegbar gelagert ist. Das Zylindergehäuse 23 hat beispielsgemäß einen im wesentlichen rechteckähnlichen und insbesondere quadratischen Querschnitt, wobei seine dem Träger 28 zugewandte äußere Längsfläche 41 parallel zu der dem Arbeitszylinder 19 zugewandten Trägerfläche 42 des Trägers 28 verläuft. Die Längsfläche 41 ist zweckmäßigerweise geringfügig beabstandet zur Trägerfläche 42 angeordnet, könnte jedoch auch verschiebbar an ihr anliegen. Auf der dem Drehteil 4 zugewandten Seite trägt das Zylindergehäuse 23 des als Antriebseinrichtung 18 ausgebildeten Arbeitszylinders 19 eine sich in Richtung der Längsachse 32 erstreckende Antriebsverzahnung 45, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Zahnstange 46 ausgebildet ist. Die Zahnstange 46 ist auf der dem Drehteil 4 zugewandten Seite des Zylindergehäuses 23 zwischen diesem und dem Drehteil 4 angeordnet und dabei fest mit dem Zylindergehäuse 23 verbunden. Die als Zahnstange 46 ausgebildete Antriebsverzahnung 45 und die als Zahnkranz 14 ausgebildete Abtriebsverzahnung 13 liegen im wesentlichen in einer radial zur Drehachse 9 verlaufenden Ebene. Die Zähne 47 der Zahnstange 46 erstrecken sich dabei in etwa senkrecht zur Längsachse 32 zum Drehteil 4 hin, so daß Zahnstange 46 und Zahnkranz 14 in Eingriff gelangen können.

Der Arbeitszylinder 19 ist mittels eines Druckmediums, insbesondere Druckluft, über zwei Steueranschlüsse 50 derart beaufschlagbar, daß sich das Zylindergehäuse 23 entlang der ortsfest auf dem Träger 28 angeordneten Kolbenstange 20 relativ zu dieser und dem im Zylindergehäuse 23 angeordneten Kolben 49 in eine der Beaufschlagung entsprechende Richtung bewegt. Die Bewegung des Arbeitszylinders 19 entlang der Längsachse 32 in die eine Richtung sei als Arbeitshub und die Bewegung in die entgegengesetzte Richtung als Rückhub bezeichnet. Während des Arbeitshubes stehen Antriebsverzahnung 45 und Abtriebsverzahnung 13, d. h. Zahnstange 46 und Zahnkranz 14 in Eingriff, so daß sich das Drehteil 4 um die Drehachse 9 um einen bestimmten Drehwinkel dreht. Im Gegensatz dazu stehen Zahnstange 46 und Zahnkranz 14 während des Rückhubes des Arbeitszylinders 19 außer Eingriff, wodurch die Drehposition des Drehteiles unbeeinflußt bleibt.

Die die Antriebsverzahnung 45 und die Abtriebsverzahnung 13 während des Arbeitshubes in Eingriff haltende Lage der als Arbeitszylinder 19 ausgebildeten Antriebseinrichtung 18 sei als Arbeitsposition und die die Antriebsverzahnung 45 und die Abtriebsverzahnung 14 außer Eingriff haltende Lage als Leerlaufposition bezeichnet. Es ist eine fluidbetätigte Positioniereinrichtung 51 vorgesehen, durch die die Antriebseinrichtung 18 zwischen der Arbeitsposition und der Leerlaufposition verschiebbar ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Positioniereinrichtung 51 zwei fluidbetätigte, insbesondere pneumatisch betätigte Arbeitszylinder 52 auf, deren Zylindergehäuse 55 am Grundkörper 3 und deren aus diesen Zylindergehäusen 55 herausragenden freien Kolbenstangenenden 56 am Träger 28 befestigt sind. Grundsätzlich wäre es auch möglich, das Zylindergehäuse 55 eines solchen Arbeitszylinders 52 am Träger 28 und sein Kolbenstangenende am Grundkörper 3 festzulegen.

Dadurch, daß in der vorliegenden Ausführungsform die Positioniereinrichtung 51 zwischen Träger 28 und Grundkörper 3 zwischengeschaltet ist, bilden der Träger 28 und die von ihm getragene, als Arbeitszylinder 19 ausgebildete Antriebseinrichtung 18 eine Bewegungseinheit 57, die sich bei Betätigung der Positioniereinrichtung 51 relativ zum Grundkörper 3 und dem an ihm drehbar gelagerten Drehteil 4 bewegt. An dieser Stelle sei auch darauf hingewiesen, daß es prinzipiell ebenso möglich wäre, die Positioniereinrichtung 51 direkt an der Antriebseinrichtung 18 angreifen zu lassen. Gemäß den Fig. 1 und 2 ist ein jeweiliges Zylindergehäuse 55 an der dem Drehteil 4 abgewandten, beispielsgemäß nach unten weisenden Bestückungsfläche 60 des Grundkörpers 3 befestigt. Das jeweilige Kolbenstangenende 56 ist in eine stirnseitige Ausnehmung am Träger 28 eingesteckt und beispielsweise verschraubt.

Das Verschieben der Antriebseinrichtung 18 zwischen der Arbeitsposition und der Leerlaufposition sei als Positionierbewegung bezeichnet. Diese Positionierbewegung erfolgt gemäß Doppelpfeil 58 im wesentlichen rechtwinkelig zur Drehachse 9 des Drehteiles 4. Bei dieser Positionierbewegung wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel die von der Antriebseinrichtung 18 und dem Träger 28 gebildete Bewegungseinheit 57 im wesentlichen rechtwinkelig zur Hubrichtung 59 der Antriebseinrichtung 18 geradlinig relativ zum Drehteil 4 bewegt, d. h. die Bewegungseinheit 57 vollzieht eine lineare Verschiebebewegung. Um eine derartige, lineare Bewegung zu realisieren, handelt es sich bei den Arbeitszylindern 52 der Positioniereinrichtung 51 beim Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 und 2 um zwei gleichartige Arbeitszylinder 52. Diese sind mit Abstand und parallel zueinander auf gegenüberliegenden Seiten des Drehteiles 4 am Grundkörper 3 befestigt, wobei ihre Längsachsen mit der Positionierrichtung 49 zusammenfallen. Infolge der Beabstandung ist eine gleichförmigere Positionierbewegung möglich, so daß ein Verdrehen oder Verschwenken der Bewegungseinheit 57 gegenüber dem Drehteil 4 vermieden werden kann.

Das Auslösen der Positionierbewegung erfolgt durch gleichsinniges synchrones Beaufschlagen der die Positioniereinrichtung 51 bildenden Arbeitszylinder 52 über die an ihnen vorgesehenen Fluidanschlüsse 61. Gemäß Fig. 1 befinden sich die Kolbenstangen 62 in eingezogenem Zustand, wodurch sich die Antriebseinrichtung 18 in der Arbeitsposition befindet, wohingegen Fig. 2 die Leerlaufposition zeigt, wobei sich die Kolbenstangen 62 in ihrer ausgefahrenen Stellung befinden.

Um eine besonders exakte Positionierbewegung zu erhalten und um die Bewegungseinheit 57 abzustützen, ist beispielsgemäß eine zwischen Grundkörper 3 und Träger 28 zwischengeschaltete Führungseinrichtung 65 vorgesehen. Gemäß des Ausführungsbeispieles weist die Führungseinrichtung 65 zwei auf diametral entgegengesetzten Seiten der Welle 8 an der Bestückungsfläche 60 unterhalb des Drehteiles 4 angeordnete Führungsgehäuse 66 und jeweils eine darin in Richtung der Positionierbewegung 49 verschiebbar geführte Führungsstange 67 auf. Die Führungsstangen 67 verlaufen demnach parallel zu den Kolbenstangen 62 der die Positioniereinrichtung 51 bildenden Arbeitszylinder 52. Die aus einem jeweiligen Führungsgehäuse 66 herausragenden, freien Stangenenden 70 der Führungsstangen 67 sind, wie auch die Kolbenstangenenden 56, am Träger 28 festgelegt und insbesondere in stirnseitig in den Träger 28 eingebrachten Ausnehmungen fixiert. Die abstützende Wirkung der Führungseinrichtung 65 ist in der vorliegenden Ausführungsform vor allem dann besonders groß, wenn die Antriebseinrichtung 18 und das Drehteil 4 in einer horizontalen Ebene liegen und die Positionierbewegung ebenfalls in horizontaler Richtung erfolgt. In diesem Fall trägt die Führungseinrichtung 65 das Gewicht der Bewegungseinheit 57, so daß eine unnötige Belastung der von den Arbeitszylindern 52 gebildeten Positioniereinrichtung 51 vermieden ist. Der Verschleiß der Positioniereinrichtung 51 ist dadurch geringer und die Lebensdauer derselben steigt.

Beispielsgemäß haben die Führungsstangen 67 einen kreisförmigen Querschnitt. Die zur Aufnahme der Führungsstangen 67 dienenden, nicht näher dargestellten Führungsausnehmungen eines jeweiligen Führungsgehäuses 66 entsprechen im Querschnitt in etwa dem der Führungsstange 67, so daß zwischen Führungsstange 67 und Führungsausnehmung ein Gleitsitz gebildet ist. Selbstverständlich wäre es auch möglich, eine jeweilige Führungsstange 67 unter Einsatz von Wälzlagern im jeweils zugeordneten Führungsgehäuse 66 verschiebbar geführt zu lagern.

Zur Gewährleistung eines sicheren Eingriffes der Antriebsverzahnung 45 mit der Abtriebsverzahnung 13 ist die Antriebsverzahnung 45 auf der der Abtriebsverzahnung 13 entgegengesetzten Seite mittels einer am Träger 28 befestigten, sich in Richtung der Längsachse 32 erstreckenden Abstützeinrichtung 71 abgestützt. Grundsätzlich kann das Abstützen der Antriebsverzahnung 45 an der Abstützeinrichtung 71 mittelbar oder unmittelbar erfolgen.

In der vorliegenden Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schrittantriebsvorrichtung weist das Zylindergehäuse 23 des die Antriebseinrichtung 18 bildenden Arbeitszylinders 19 an seinen beiden Stirnseiten jeweils einen zum Tragen der Zahnstange 46 vorgesehenen Haltekörper 72 auf. Diese Haltekörper 72 sind beispielsweise mittels strichpunktiert angedeuteter Schraubverbindungen 75 mit der Zahnstange 46 und dem Zylindergehäuse 23 verbunden. Auf der der Zahnstange 46 abgewandten, entgegengesetzten Seite weist jeder Haltekörper 72 eine Anlagefläche 76 auf, die an einer dem Zylindergehäuse 23 zugewandten, sich in Hubrichtung 59 längserstreckenden Abstützfläche 77 der Abstützeinrichtung 71 verschiebbar anliegt. Demnach stützt sich also die Zahnstange 46 rückseitig über einen jeweiligen Haltekörper 72 mittelbar an der Abstützeinrichtung 71 ab.

Das Zylindergehäuse 23 liegt lediglich mittels der beispielsgemäß an den Haltekörpern 72 vorgesehenen Anlageflächen 76 an der Abstützfläche 77 an. Während des Arbeits- bzw. des Rückhubes des Arbeitszylinders 19 gleitet eine jeweilige Anlagefläche 76 an der Abstützfläche 77 entlang. Grundsätzlich wäre es hier auch denkbar, daß zwischen der Abstützfläche 77 und einer jeweiligen Anlagefläche 76 eine wälzlagerartige Lagerung vorgesehen wird. Beispielsweise könnten im Bereich zwischen einer jeweiligen Anlagefläche 76 und der Abstützfläche 77 Rollelemente vorgesehen sein, so daß eine Gleitreibung zwischen einer jeweiligen Anlagefläche 76 und der Abstützfläche 77 vermieden ist und sich eine jeweilige Anlagefläche 76 abrollend entlang der Abstützfläche 77 bewegt. Im übrigen könnten die Anlageflächen 76 auch von einem anderen, fest mit dem Zylindergehäuse 23 verbundenen Teil gebildet sein.

Der Drehwinkel, um den sich das Drehteil 4 bei jedem Arbeitshub dreht, hängt von der Länge dieses Arbeitshubes ab. Soll der Drehwinkel vergrößert bzw. verkleinert werden, geschieht dies zweckmäßigerweise dadurch, daß die Länge des Arbeitshubes aufgrund der Proportionalität zwischen dieser und dem Drehwinkel ebenfalls vergrößert bzw. verkleinert wird. Gemäß Fig. 2 kann ein strichpunktiert angedeuteter, lösbar mit der Abstützeinrichtung 71 verbundener, in Hubrichtung 59 verstellbarer Anschlag 80 vorgesehen sein, der den maximalen Hub des die Antriebseinrichtung 18 bildenden Arbeitszylinders 19 vorgibt. Am Ende des Arbeitshubes liegt das Zylindergehäuse 23 mit der dem Anschlag 80 zugewandten Stirnseite an diesem an. Die Länge des Hubes und damit der Drehwinkel ist umso geringer, je näher der Anschlag 80 in Richtung der ihm zugewandten Stirnseite des Zylindergehäuses 23 angeordnet ist. Um diesen Hub sehr einfach zu variieren, kann der Anschlag 80 beispielsweise an einer nicht näher dargestellten Schiene entlang der Längsachse 32 verschiebbar gelagert und in gewünschten Positionen lösbar festlegbar sein. Prinzipiell wäre es selbstverständlich auch möglich, den Anschlag 80 am Träger 28 oder eventuell direkt an der Kolbenstange 20 des Arbeitszylinders 19 vorzusehen. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bildet eine der Aufnahmepartien 29 einen unverstellbaren Festanschlag, der die Hubendlage des Arbeitshubes vorgibt.

In der in Fig. 2 gezeigten Stellung befindet sich die Antriebsverzahnung 45 in ihrer Ausgangsstellung nach dem Rückhub und vor dem Arbeitshub. Auch diese Ausgangsstellung kann bei Bedarf mittels eines Anschlages vorgegeben werden.

Da der maximal mögliche Hub des Zylindergehäuses 23 von der dem mit der Kolbenstange 20 verbundenen Kolben 49 im Zylindergehäuse 23 zur Verfügung stehenden Weglänge abhängt, ist es zweckmäßig, die Länge der Zahnstange 46 in etwa der Länge des Zylindergehäuses 23 anzupassen.

Zur Vermeidung eines versehentlichen Drehens des Drehteiles 4 während der Zeit, in der die Antriebsverzahnung 45 mit der Abtriebsverzahnung 13 außer Eingriff steht, ist beispielsgemäß eine fluidbetätigte Arretiervorrichtung 81 vorgesehen, die in den Fig. 1 und 2 jeweils strichpunktiert angedeutet ist. Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen insbesondere druckluftbetätigten Blockierzylinder 82, wobei das freie Ende 83 seiner Kolbenstange 86 zum Blockieren der Drehbewegung des Drehteiles 4 im wesentlichen radial in die Abtriebsverzahnung 13 eingreift. Sobald die Antriebsverzahnung 45 und die Abtriebsverzahnung 13 wieder in Eingriff stehen, gibt die Arretiervorrichtung 81 die Abtriebsverzahnung 13 des Drehteiles 4 frei, so daß eine Drehung desselben während des Arbeitshubes der Antriebseinrichtung 18 möglich ist.

Im folgenden soll ein gesamter Ablaufzyklus zum Drehen des Drehteiles 4 um einen bestimmten Drehwinkel zusammenhängend erläutert werden.

Als Ausgangsstellung der Antriebsverzahnung 45 bzw. des diese tragenden Zylindergehäuses 23 sei die in Fig. 2 dargestellte Position definiert, wobei der Arbeitszylinder 19 hier die Leerlaufposition einnimmt. Mittels der Arretiervorrichtung 81 ist das Drehteil 4 an einer nicht erwünschten Drehung gehindert.

Ausgehend von dieser Situation werden zunächst Antriebsverzahnung 45 und Abtriebsverzahnung 13 in Eingriff gebracht. Hierfür führt die Bewegungseinheit 57 aufgrund einer entsprechenden Beaufschlagung der die Positioniereinrichtung 51 bildenden Arbeitszylinder 52 die Positionierbewegung in Richtung des Drehteiles 4 aus, so daß die Antriebseinrichtung 18 die Arbeitsposition einnimmt. Jetzt stehen die Antriebsverzahnung 45 und die Abtriebsverzahnung 13 bzw. beispielsgemäß die Zahnstange 46 und der Zahnkranz 14 in Eingriff, und die Arretiervorrichtung 81 gibt das Drehteil 4 frei.

Im nächsten Schritt des Ablaufzyklusses führt die Antriebsverzahnung 45 der Antriebseinrichtung 18 den Arbeitshub aus, wodurch sich das Drehteil 4 um einen vorherbestimmten, von der Länge des Arbeitshubes abhängenden Drehwinkel dreht. Nach dem Erreichen dieser gedrehten, in Fig. 1 dargestellten Endstellung blockiert die Arretiervorrichtung 81 erneut das Drehteil 4, wonach die Antriebseinrichtung 18 wieder in ihre Leerlaufposition bewegt wird, in der die Verzahnungen 45, 13 außer Eingriff stehen. Das Bewegen der Antriebseinrichtung 18 in die Leerlaufposition erfolgt im Rahmen der vom Drehteil 4 weg gerichteten Positionierbewegung der Bewegungseinheit 57, die von der Positioniereinrichtung 51 hervorgerufen wird. Sobald die Antriebsverzahnung 45 und die Abtriebsverzahnung 13 außer Eingriff stehen, wird die Antriebsverzahnung 45 im Rahmen des Rückhubes des Zylindergehäuses 23 wieder in die Ausgangsstellung gemäß Fig. 2 zurückgefahren. Daraus ergibt sich dann die Situation, wie sie zu Anfang dieses Ablaufzyklusses angenommen wurde.

Es ist möglich, beliebig viele Ablaufzyklen direkt nacheinander ablaufen zu lassen, wobei die Ablaufgeschwindigkeit variabel ist. Ebenso könnte die Antriebseinrichtung 18 oder die Positioniereinrichtung 51 zeitweilig in einer gewünschten Stellung verharren, bevor der nachfolgende Ablaufschritt durchgeführt wird, zum Beispiel im Falle einer asynchronen Steuerung der Schrittantriebsvorrichtung, bei der Wartezeiten auf bestimmte Steuersignale auftreten können.


Anspruch[de]
  1. 1. Schrittantriebsvorrichtung zur Erzeugung schrittweiser Drehbewegungen, mit einem drehbar gelagerten Drehteil (4) und mit einer fluidbetätigten Antriebseinrichtung (18), wobei die Antriebseinrichtung (18) bei einem Arbeitshub mittels einer an ihr vorgesehenen, eine Längserstreckung aufweisenden Antriebsverzahnung (45) in eine dem Drehteil (4) zugeordnete Abtriebsverzahnung (13) eingreift und dadurch das Drehteil (4) um einen vorherbestimmten Drehwinkel dreht und bei einem anschließenden Rückhub die Drehposition des Drehteiles (4) unbeeinflußt läßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebsverzahnung (13) ständig in drehfester Verbindung mit dem Drehteil (4) steht, und daß die Antriebseinrichtung (18) mit einer fluidbetätigten Positioniereinrichtung (51) zusammenwirkt, durch die die Antriebseinrichtung (18) im Rahmen einer Positionierbewegung zwischen einer während des Arbeitshubes die Antriebsverzahnung (45) mit der Abtriebsverzahnung (13) in Eingriff haltenden Arbeitsposition und einer die Antriebsverzahnung (45) während des Rückhubes außer Eingriff mit der Abtriebsverzahnung (13) haltenden Leerlaufposition bewegbar ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierbewegung eine im wesentlichen rechtwinkelig zur Hubrichtung der Antriebseinrichtung (18) gerichtete geradlinige Bewegung ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierbewegung im wesentlichen rechtwinkelig zur Drehachse (9) des Drehteiles (4) gerichtet ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (18) an einem Träger (28) angeordnet ist und zusammen mit diesem eine Bewegungseinheit (57) bildet, die die Positionierbewegung ausführt.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung (51) am Träger (28) angreift.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungseinheit (57) durch eine Führungseinrichtung (65) in ihrer Positionierbewegung geführt und abgestützt ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (65) wenigstens ein Führungsgehäuse (66) und jeweils eine darin verschiebbar geführte Führungsstange (67) enthält.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebsverzahnung (13) von einem Zahnkranz (14) gebildet ist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehteil (4) drehbar an einem Grundkörper (3) gelagert ist, wobei die Positioniereinrichtung (51) zwischen Grundkörper (3) und Träger (28) zwischengeschaltet ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (65) zwischen Grundkörper (3) und Träger (28) zwischengeschaltet ist.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung (51) von wenigstens einem Arbeitszylinder (52), insbesondere von zwei Arbeitszylindern (52) gebildet ist.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsverzahnung (45) als Zahnstange (46) ausgebildet ist.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (18) von einem Arbeitszylinder (19) gebildet ist.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, in Verbindung mit einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (20) des Arbeitszylinders (19) ortsfest am Träger (28) angeordnet ist.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (20) durchgehend ausgebildet ist, so daß sie an beiden Stirnseiten aus dem Zylindergehäuse (23) des Arbeitszylinders (19) herausragt und im Bereich ihrer beiden Kolbenstangenenden (24, 25) am Träger (28) festgelegt ist.
  16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylindergehäuse (23) des die Antriebseinrichtung (18) bildenden Arbeitszylinders (19) an beiden Stirnseiten jeweils einen zum Verbinden der Zahnstange (46) mit dem Zylindergehäuse (23) vorgesehenen Haltekörper (72) aufweist.
  17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abstützeinrichtung (71) vorgesehen ist, die eine sich in Hubrichtung erstreckende Abstützfläche (77) aufweist, an der sich die Antriebsverzahnung (45) auf der der Abtriebsverzahnung (13) entgegengesetzten Seite zumindest während des Arbeitshubes mittelbar oder unmittelbar abstützt.
  18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17 in Verbindung mit einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützeinrichtung (71) am Träger (28) festgelegt ist.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylindergehäuse (23) des Arbeitszylinders (19) auf der der Antriebsverzahnung entgegengesetzten Seite über wenigstens eine Anlagefläche (76) verfügt, die verschiebbar an der Abstützfläche (77) anliegt.
  20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 19 in Verbindung mit Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine jeweilige Anlagefläche (76) an einem jeweiligen Haltekörper (72) angeordnet ist.
  21. 21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zum Blockieren der Drehbewegung des Drehtellers (4) eine insbesondere fluidbetätigte Arretiervorrichtung (81) vorgesehen ist.
  22. 22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß zur variablen Vorgabe der Länge des Arbeitshubes mindestens ein Anschlag (80) vorgesehen ist.
  23. 23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung (51) und/oder die Antriebseinrichtung (18) pneumatisch betätigt ist.






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