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    • 专利摘要:
    Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung (1) und ein Verfahren zum Antreiben einer angetriebenen Einheit (4) einer Positioniervorrichtung (1), umfassend ein Gehäuse (2), welches zumindest teilweise DOLLAR A eine lineare Antriebseinheit (3) mit ersten Eingriffsmitteln (7a), die linear in eine erste Richtung bewegbar ist, um eine lineare Bewegung, die in die erste Richtung gerichtet ist, bereitzustellen und DOLLAR A eine bewegbare angetriebene Einheit (4) mit zweiten Eingriffsmitteln (7b), die in eine zweite Richtung bewegbar ist, um eine Bewegung, die in die zweite Richtung gerichtet ist, bereitzustellen, wobei die zweiten Eingriffsmittel (7b) mit den ersten Eingriffsmitteln (7a) zusammenwirken und DOLLAR A eine Steuereinheit (5) zum Steuern der linearen Antriebseinheit (3), um die erste Bewegung in eine zweite Bewegung umzuwandeln, aufnimmt und unterstützt, wobei die Antriebseinheit (3) und die angetriebene Einheit (4) so angeordnet sind, dass die erste Richtung der linearen Bewegung der Antriebseinheit (3) im Wesentlichen senkrecht zu der zweiten Richtung der Bewegung der angetriebenen Einheit (4) in dem Bereich des Eingriffs ausgebildet ist, um eine erste lineare Bewegung in eine zweite Bewegung umzuwandeln.
    公开号:DE102004019766A1
    申请号:DE102004019766
    申请日:2004-04-23
    公开日:2005-11-17
    发明作者:Johan Widfeldt
    申请人:Bosch Rexroth Teknik AB；
    IPC主号:B23Q5-38
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung und einVerfahren zum Antreiben einer Antriebseinheit einer Positioniervorrichtungumfassend ein Gehäuse,das zumindest teilweise eine lineare Antriebseinheit mit erstenEingriffsmitteln, die linear bewegbar in eine erste Richtung sind,um eine lineare Bewegung, die in eine erste Richtung gerichtet ist,bereitzustellen und eine bewegbare angetriebene Einheit mit zweitenEingriffsmitteln, die in eine zweite Richtung bewegbar sind, umeine zweite Bewegung, die in die zweite Richtung gerichtet ist,bereitzustellen, wobei die zweiten Eingriffsmittel mit den erstenEingriffsmittel zusammenwirken und eine Steuereinheit zum Steuernder linearen Antriebseinheit aufnimmt und unterstützt, umdie erste Bewegung in die zweite Bewegung umzuformen.
    [0002] Positioniervorrichtungenwerden üblicherweisein einem weiten Gebiet von Automationsanwendungen eingesetzt, indenen ein Werkstück,ein Produkt oder ein beliebiges Objekt in eine vorbestimmte Positionzur weiteren Bearbeitung angeordnet werden muss. Das Positionierenkann manuell, teilweise manuell – teilweise automatisch und/oder komplettautomatisch realisiert werden. Vollautomatisierte Positioniervorrichtungenmüssenmit einer hohen Genauigkeit arbeiten, insbesondere mit einer hohenWiederholgenauigkeit, um hohe Qualitätsstandards zu sichern. Ausdiesem Grund und anderen Gründenmuss die Positioniervorrichtung ausgebildet sein, um an mehrerenZwischenpositionen zwischen einer Start und einer Endposition anzuhalten,ohne diese Zwischenposition zu verlassen. Um ein Anhalten an diesenZwischenpositionen zu sichern, sind solche Positioniereinheitenauf der einen Seite mit selbsthemmenden Antriebseinheiten ausgebildet,die an mehreren Zwischenpositionen selbsthaltend ausgebildet sindoder auf der anderen Seite sind solche Positioniervorrichtungenmit Halte- oder Fixiervorrichtungen wie Bremsen ausgestattet, umdie Antriebseinheit an einer bestimmten Position zu stoppen.
    [0003] Allgemeinbekannt sind Positioniervorrichtungen mit Pneumatikzylindern, dieSchnellservoventile und Positionswandler aufweisen.
    [0004] Diesebekannte Vorrichtung weist den Nachteil auf, dass Hochleistungsventileund komplexe elektronische Schaltungen benötigt werden, um eine hohe Wiederholgenauigkeitzu realisieren. Darüber hinaushängt dasVerhalten dieser Positioniervorrichtung von dem Zylinderhub desPneumatikzylinders ab. Pneumatikzylinder, die einen längeren Zylinderhubaufweisen, arbeiten mit einem reduzierten Durchsatz, da diese große Füll- und Auslassvoluminaaufweisen, was die Wiederholgenauigkeit herabsetzt und die genaueFunktionsweise weniger vorhersagbar macht.
    [0005] Eineandere bekannte Positioniervorrichtung ist als Pneumatikzylindermit Bremse(n) ausgebildet, die den Hub eines Kolbens an jeder gewünschten Zwischenpositiondurch Halten des Kolbens mit Bremskräften stoppt/stoppen.
    [0006] Dieseebenfalls bekannte Positioniervorrichtung weist den Nachteil auf,das der in einer Zwischenposition gehaltene Kolben unerwünschte Bewegungenausführenkann, zum Beispiel nach Lösen derBremsen, aufgrund von Schwierigkeiten bei der Interaktion zwischenden Luftbedingungen in dem Zylinder und der Bremse. Da die Regulierungder Bremse oder des Bremsdrucks und dem Zylinderdruck ziemlich komplexist, kann es zu unerwünschtenBewegungen des Kolbens kommen, insbesondere in Zwischenpositionenzwischen einem komplett gelöstemund einem komplett fixiertem Kolben.
    [0007] Einedritte bekannte Positioniervorrichtung wird durch elektrische Vorrichtungenrealisiert.
    [0008] Diesebekannte Positioniervorrichtung weist den Nachteil auf, das dieAntriebseinheit sehr genau geregelt werden muss, was die Positionierungsdurchführung ziemlichlangsam oder ziemlich komplex macht. Weiterhin kann diese Positioniervorrichtungnicht in rauen, aggressiven und/oder explosiven Umgebungen verwendetwerden, da möglicheVersagensrisiken bestehen, wie durch das Explosionsrisiko, hervorgerufendurch Elektrizitätoder durch das Beschädigungsrisikodurch raue Umgebung.
    [0009] EineAufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine kostengünstigerePositioniervorrichtung mit einer verbesserten Wiederholgenauigkeitzu schaffen, die höhereHaltekräftebereitstellt, wobei die Instandhaltung aufgrund eines robusten Aufbaus zur Verwendungin rauer Umgebung verbessert ist und die Positioniervorrichtungfluidisch betreibbar ist.
    [0010] DieseAufgabe wird durch eine Positioniervorrichtung gemäß dem Oberbegriffdes Anspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen des kennzeichnendenTeils gelöst.
    [0011] Umdie vorgenannte und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung zulösen,umfasst die technische Lehre, dass die Antriebseinheit und die angetriebeneEinheit so angeordnet sind, dass die erste Richtung der linearenBewegung der Antriebseinheit im Wesentlichen senkrecht zu der zweiten Richtungder Bewegung der angetriebenen Einheit in dem Bereich des Eingriffsausgebildet ist, um eine erste lineare Bewegung in eine zweite Bewegung umzuwandelnund gleichzeitig ein hohe Sicherheit hinsichtlich Positionierungund Wiederholgenauigkeit zu gewährleisten.
    [0012] DiePositioniervorrichtung umfasst ein Gehäuse, das zumindest teilweiseeine lineare Antriebseinheit aufnimmt und unterstützt. DieAntriebseinheit kann in jeder beliebigen Foren ausgebildet sein,vorzugsweise ist die Antriebseinheit als linear arbeitende Antriebseinheitausgebildet, weiter bevorzugt ist die Antriebseinheit als mindestensein linear arbeitender Aktuator ausgebildet, wie ein Zylinder miteinem bewegbarem Teil wie einem Kolben, der bewegbar zwischen einerersten Startposition und einer zweiten Endposition ohne an Zwischenpositionenzu stoppen ausgebildet ist. Um mit einer angetriebenen Einheit zusammenzuwirkenund diese anzutreiben, müssendie Antriebseinheit genauso wie die angetriebene Einheit miteinanderim Eingriff stehen. Deshalb umfasst die Antriebseinheit erste Eingriffsmittel unddie angetriebene Einheit umfasst zweite Eingriffsmittel, wobei dieMittel ausgebildet sein müssen, ummiteinander zusammenzuwirken. Die ersten Eingriffsmittel sind andem bewegbaren Teil des Aktuators ausgebildet, das heißt bevorzugtan der Spitze des Kolbens. Die Antriebseinheit, das heißt der mindestenseine linear arbeitende Aktuator bewegt die ersten Eingriffsmittellinear in eine erste Richtung, um eine lineare Bewegung, die indie erste Richtung gerichtet ist, bereitzustellen. Die angetriebeneEinheit oder der angetriebene Teil dieser Einheit, der bewegt werdensoll, weist zweite Eingriffsmittel auf, um in eine zweite Richtungbewegt zu werden und so eine zweite Bewegung, die in die zweiteRichtung gerichtet ist, bereitzustellen. Die Antriebseinheit oderder antreibende Teil dieser Einheit muss so geregelt werden, dasseine vorhersagbare und steuerbare Bewegung der angetriebenen Einheitdaraus resultiert. Aus diesem Grund ist eine Steuereinheit an oderin dem Gehäuseangeordnet, um die lineare Antriebseinheit zu steuern. Vorzugsweiseliegt der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des ersten Eingriffsmittelsund der Bewegungsrichtung des zweiten Eingriffsmittels in dem Bereichdes Eingriffs vorzugsweise zwischen ≥ 65° and ≤ 115°, weiter bevorzugt zwischen ≥ 80° and ≤ 100° und am meistenbevorzugt zwischen ≥ 85° und ≤ 95°, das heißt im Wesentlichenist der Winkel ein rechter Winkel.
    [0013] Dieangetrieben Einheit muss, um eine bestimmte Distanz oder einen bestimmtenBereich bewegt werden. Deshalb muss die angetriebene Einheit zweiteEingriffsmittel aufweisen, die diese Distanz oder diesen Bereichabdecken, so dass die ersten Eingriffsmittel der Antriebseinheitin den angetriebenen Teil eingreifen können und somit diesen entlang derDistanz oder dem Bereich bewegen können. Der linear arbeitendeAktuator oder die linear arbeitenden Aktuatoren bewegt/bewegen dieersten Eingriffsmittel zwischen einer ersten Position, in der dieEingriffsmittel nicht ineinander greifen und einer zweiten Position,in der die Eingriffsmittel ineinander greifen. Die Bewegung derangetrieben Einheit ist nicht kontinuierlich sondern schrittweiseausgebildet. Um die angetriebene Einheit um mehr als einen Schrittzu bewegen, muss die Position des Aktuators oder eher der erstenEingriffsmittel in die zweite Richtung, das heißt in die Bewegungsrichtungder angetriebenen Einheit bewegt werden. Um dies zu erreichen, muss derAktuator entsprechend gesteuert werden, was dazu führt, dasseine komplexe Anordnung benötigt wird.
    [0014] Esist deshalb ein Vorteil, dass die Antriebseinheit zumindest zwei,bevorzugt mehrere linear arbeitende Aktuatoren umfasst, die beabstandetin Richtung der zweiten Bewegung im Bereich des Eingriffs angeordnetsind und ein erstes Modul definieren, wobei jeder der Aktuatorenein korrespondierendes Eingriffsmittel aufweist, dass an einem bewegbarenEnde des Aktuators befestigt ist, welches am nächsten, nahe oder benachbartzu dem zweiten Eingriffsmittel liegt. Durch Anordnen von mehr alseinem Aktuator kann eine Bewegung eines einzelnen Aktuators vermiedenwerden und der Aktuator kann in einer fixierten Position an demGehäuseangeordnet werden. Vorzugsweise ist die Anzahl an Aktuatoren ≥ 2, weiterbevorzugt beträgtsie ≥ 3 undam meisten bevorzugt beträgtsie ≥ 4.Natürlichkann eine größere Anzahlan Aktuatoren bereitgestellt werden, jedoch führt dies auf der anderen Seitezu einem größeren Gehäusevolumen.Vier Aktuatoren haben sich als optimale Anzahl an Aktuatoren zumeffektiven Positionieren in Bezug auf ein akzeptables Gehäusevolumenergeben.
    [0015] Umeine Bewegung der angetriebenen Einheit zu erzielen, müssen benachbartangeordnete erste Eingriffsmittel in einem größeren oder kleineren Abstandals benachbarte zweite Eingriffsmittel angeordnet sein, wobei derAbstand der ersten Eingriffsmittel kein Vielfaches des Abstandesder zweiten Eingriffsmittel sein darf. Der Abstand zwischen zweibenachbarten Eingriffsmitteln wird als Modul oder als Teilung bezeichnet,wobei das Modul zwischen benachbarten ersten Eingriffsmitteln alserstes Modul und das Modul zwischen benachbarten Eingriffsmittelnals zweites Modul bezeichnet wird. Das erste Modul und das zweiteModul müssenin gegenseitiger Abhängigkeitvoneinander ausgebildet sein. Parameter zum Einstellen der Aktuatorenund damit dem Definieren des ersten Moduls sind: • Ncyl, welcher die Anzahl der in der Antriebseinheitverwendeten Aktuatoren darstellt, • dx,welcher die Längeeines jeden Schritts, den die angetriebene Einheit nach einem Eingriff durchführt darstellt, • S,welcher das Modul oder die Teilung der Eingriffsmittel darstelltund • N,welcher eine Integerzahl ist, die von dem Konstrukteur gewählt werdenkann und welche die Merkmale der verwendeten Aktuatoren berücksichtigt,wie Type, Volumen, Verbindungen etc.
    [0016] Diegenaue Formel zum Berechnen des Moduls oder des Abstandes zwischenbenachbarten Aktuatoren wird etwas weiter hinten im Text unter anderemin Verbindung mit Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung angegeben.
    [0017] Einweiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Steuereinheitso ausgebildet ist, dass zumindest eines der ersten Eingriffsmittelsich permanent währendeines Bewegungsschritts im Eingriff mit zumindest einem der zweitenEingriffsmittel befindet, um eine permanente Haltefunktion zu gewährleisten.Dieses kann nur dadurch gewährleistetwerden, dass das erste Modul größer oderkleiner als das zweite Modul ist und dass das erste Modul kein Vielfachesdes zweiten Moduls ist, gemäß der vorstehendausgeführtenRelation. Durch einen permanenten Eingriff ist die Genauigkeit derPositioniervorrichtung, insbesondere die Wiederholgenauigkeit hoch,da so keine unerwünschtenBewegungen der angetrieben Einheit auftreten können, aufgrund des zumindesteinen senkrecht eingreifenden ersten Eingriffsmittels. Weiter istdie Haltefunktion als integraler Bestandteil der Antriebseinheitausgebildet, so dass keine weiteren Halte- oder Fixiermittel oderElemente wie Bremsen eingeschlossen werden müssen.
    [0018] Obwohldie Abständezwischen benachbarten zweiten Eingriffsmitteln entlang dem Eingriffsbereichvariieren kann ist es vorteilhaft, dass die zweiten Eingriffsmittelkonstant beabstandet sind mit vorbestimmten Abständen, die ein zweites Modulentlang der Oberflächeder angetriebenen Einheit, welche einen Eingriffsbereich bildet,in dem die angetriebene Einheit bewegt werden kann, definiert. Mittels einerkonstanten Beabstandung müssendie konstant beabstandeten Aktuatoren nicht bewegt werden und sonicht mittels einer komplexen Schaltung oder Einheit gesteuert werden,um einen optimalen Eingriff zu realisieren. Eine konstante Beabstandungist leichter herzustellen und ebenfalls leichter zu handhaben, da unteranderem keine komplexe Steuereinheit bereitgestellt werden muss.
    [0019] Vorzugsweisesind die Eingriffsmittel als Ausnehmungen und/oder Vorsprünge ausgebildet, wobeizwischen zwei benachbarten Ausnehmungen ein Vorsprung angeordnetist, der einen graduellen, fließenden Übergangsbereichzwischen Vorsprung und benachbarten Ausnehmungen aufweist, um einenoptimalen Eingriff zu gewährleisten.Vorzugsweise sind möglicheFormen der Eingriffsmittel jede Art von zahnähnlichen Formen, die Flankenaufweisen, die graduell ausgebildet sind.
    [0020] Wiezuvor erwähnt,ist es vorteilhaft, dass das erste Modul zumindest geringfügig größer oder kleinerist, als das zweite Modul in Abhängigkeitvon mehreren Parametern, so dass zumindest einer der Vorsprünge derersten Eingriffsmittel in eine korrespondierende Ausnehmung derzweiten Eingriffsmittel ohne die angetriebene Einheit zu bewegeneingreifen kann. Die Formel zur Berechnung des Abstandes zwischenzwei Aktuatoren und zahnförmiggeformten zweiten Eingriffsmitteln lautet x = N·S ± dx, wobei N eine Integerzahlist, die auch von der Position des benötigten Abstandes zwischen denAktuatoren (ein Zahn, zwei Zähne,drei Zähneetc.) abhängt.S ist der Zähneabstandund dx hängtvon S und Ncyl gemäß der Formel dx = S/Ncyl ab, wobei Ncyl eineAnzahl von Aktuatoren ist, die vorzugsweise in einer Reihe angeordnetsind, ausgerichtet entlang der zweiten Richtung. N ist auch eineIntegervariable, die von dem Konstrukteur gewählt werden kann und welchedie Type, das Volumen, die Verbindungen etc. der verwendeten Aktuatorenberücksichtigt.Die Variable X ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Aktuatoren,die das erste Modul definiert, welches in Längeneinheiten wie mm oder inWinkeleinheiten wie °-Winkelgemessen werden kann.
    [0021] Vorzugsweiseist die angetriebene Einheit eine Einheit ausgewählt aus der Gruppe der verzahntenTeile umfassend Zahnstangen und Zahnräder, um einen lineare beziehungsweise einerotatorische Bewegung bereitzustellen, wobei die Eingriffsmittel zahnförmig ausgebildetsind. Mittels dieser Anordnung ist eine lineare und/oder rotatorischeBewegung der angetriebenen Einheit möglich mittels eines im Wesentlichensenkrechten Eingriffs der linearen Aktuatoren. Die Aktuatoren weisenin senkrechter Richtung vorzugsweise den gleichen Abstand zu der Zahnstangeoder dem Zahnrad auf, obwohl diese möglicherweise aus bestimmtenGründenverschiedene Abständeaufweisen können,welche dann mittels zusätzlicherMittel oder unterschiedlichen Kolbenhüben für den Fall, dass Zylinder alsAktuatoren verwendet werden, korrigiert werden können. Wie bereits erwähnt, müssen dieAktuatoren nicht an dem Gehäusefixiert sein, jedoch ist es bevorzugt, dass, um eine komplexe Regelanordnungzum Einstellen der Aktuatoren zu vermeiden, die Aktuatoren an fixiertenPositionen des Gehäusesangeordnet sind.
    [0022] Weiterbevorzugt ist, dass die Aktuatoren ausgewählt sind aus der Gruppe vonlinearen Aktuatoren umfassend Druckmittelzylinder wie Pneumatikzylinderund/oder Hydraulikzylinder und/oder Zugmagneten wie Elektromagneten.Durch Auswahl eines Aktuators aus dieser bevorzugten Gruppe istdie Positioniervorrichtung leicht und kostengünstig herzustellen, stellteine robuste Konstruktion dar und vermeidet die Nachteile von Elektrizität in gefährlichen Umgebungen.
    [0023] Dietechnische Lehre umfasst weiter ein Verfahren zum Antreiben einerangetriebenen Einheit mit zweiten Eingriffsmitteln in eine zweiteRichtung mittels einer Antriebseinheit mit zumindest zwei linearenAktuatoren, die im Wesentlichen in senkrechter Richtung zu der angetriebenEinheit arbeiten, umfassend die Schritte: Betätigen eines Aktuators, so dass diesermit der angetriebenen Einheit im Eingriff steht (falls dieser nochnicht im Eingriff steht) und dadurch die angetriebene Einheit ineine erste Richtung bewegt, Betätigeneines benachbarten Aktuators, der dem Aktuator aus Schritt einsin zweiter Richtung folgt, so dass dieser im Eingriff mit der angetriebenen Einheitsteht und dadurch diese angetriebene Einheit wieder in eine ersteRichtung bewegt, Betätigendes Aktuators des ersten Schritts, so dass dieser nicht mehr imEingriff mit der angetriebenen Einheit steht, nachdem der benachbarteAktuator des zweiten Schritts im Eingriff mit der angetriebenenEinheit steht, Wiederholen der Schritte 1 bis 3 so oft, wie es erforderlichist, um die angetriebene Einheit in eine gewünschte Position zu positionierenund Starten mit dem ersten Schritt, falls der letzte Aktuator ineiner Reihe der Antriebseinheit betätigt wurde, wodurch ein Zyklusbeendet wird, wobei der fünfteSchritt, falls notwendig, vor dem vierten Schritt ausgeführt werdenkann. Mittels dieses leicht zu steuernden und leicht einzustellendenVerfahrens wird eine lineare Bewegung in eine Richtung realisiert.
    [0024] Umdie Bewegung in eine entgegengesetzte Richtung umzukehren ist esvorteilhaft, dass ein Verfahren zum Antreiben einer angetriebenenEinheit mit zweiten Eingriffsmitteln in eine entgegengesetzte Richtungzu der zweiten Richtung mittels einer Antriebseinheit mit mindestenszwei linearen Aktuatoren, die im Wesentlichen in senkrechter Richtungzu der angetriebenen Einheit arbeiten bereitgestellt wird, umfassenddie Schritte Betätigeneines Aktuators, so dass dieser im Eingriff mit der angetriebenen Einheitsteht (falls dieser nicht bereicht im Eingriff steht) und dadurchdie angetriebene Einheit in eine entgegengesetzte Richtung zu derzweiten Richtung bewegt, Betätigeneines benachbarten Aktuators, der dem Aktuator aus dem ersten Schrittin entgegengesetzter Richtung zu der zweiten Richtung folgt, so dasdieser im Eingriff mit der angetriebenen Einheit steht und dadurchdie angetriebene Einheit wieder in entgegengesetzte Richtung zuder zweiten Richtung bewegt, Betätigendes Aktuators aus dem ersten Schritt, so dass dieser nicht mehrim Eingriff mit der angetriebenen Einheit steht, nachdem der benachbarteAktuator aus dem zweiten Schritt im Eingriff mit der angetriebenenEinheit steht, Wiederholen der Schritte ein bis drei so oft wieerforderlich, um die angetriebene Einheit in eine gewünschte Positionzu positionieren und Starten mit dem ersten Schritt, falls der letzteAktuator in einer Reihe der Antriebseinheit betätigt wurde, wodurch ein Zyklusbeendet wird, wobei der fünfteSchritt vor dem vierten Schritt durchgeführt werden kann, falls erforderlich.
    [0025] AndereAufgaben und Vorteile der Erfindung werden deutlich anhand der folgendenBeschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, die exemplarischdie Prinzipien der Erfindung darstellen. Die Erfindung wird im Folgendenvor dem Hintergrund von Ausführungsbeispielenund in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
    [0026] 1 eineschematische Ansicht in Querschnittsansicht einer Positioniervorrichtunggemäß der vorliegendenErfindung zeigt,
    [0027] 2 schematischdie Funktionsweise der Positioniervorrichtung gemäß der vorliegendenErfindung zeigt, wobei diese sich in zwei Richtungen in neun Schrittenbewegt,
    [0028] 3 schematischeine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der Positioniervorrichtunggemäß der vorliegendenErfindung zeigt,
    [0029] 4 schematischeine Querschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Positioniervorrichtunggemäß der vorliegendenErfindung zeigt,
    [0030] 5 schematischeine Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Positioniervorrichtunggemäß der vorliegendenErfindung zeigt,
    [0031] 6 schematischeine Querschnittsansicht einer Anwendung zeigt, die von einem weiterenAusführungsbeispielder Positioniervorrichtung gemäß der vorliegendenErfindung Gebrauch macht und
    [0032] 7 schematischeine Querschnittsansicht einer weiteren Anwendung zeigt, die voneinem weiteren Ausführungsbeispielder Positioniervorrichtung gemäß der vorliegendenErfindung Gebrauch macht.
    [0033] 1 zeigteine schematische Ansicht einer Positioniervorrichtung 1 gemäß der vorliegendenErfindung. Die Positioniervorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 2,welches eine Antriebseinheit 3, eine angetrieben Einheit 4,und eine Steuereinheit 5 aufnimmt. Die Antriebseinheit 3 umfasstAktuatoren 6, in diesem Fall vier Aktuatoren 6a – 6d,jeder mit einem bewegbaren Teil zum Zusammenwirken mit der angetriebenenEinheit 4 – hierist der Aktuator 6 in Form eines Zylinders mit einem Kolbenals bewegbarem Teil ausgebildet. Das Zusammenwirken zwischen Aktuatoren 6 andangetriebener Einheit 4 erfolgt mittels Eingriffsmitteln 7,wobei jeder der Aktuatoren 6 an der Spitze seines bewegbarenTeils erste Eingriffsmittel 7a, und die angetriebene Einheit 4,hier in Form einer Kolbenstange mit Zähnen oder einer Zahnstange,zweite Eingriffsmittel 7b aufweisen, wobei die Eingriffsmittel 7 zahnförmig ausgebildetsind. Die Zähneder Zahnstange, das heißtdie zweiten Eingriffsmittel 7b sind konstant beabstandet,in diesem speziellen Fall beträgtder Abstand zwischen zwei benachbarten Zähnen etwa 5 mm. Die lineararbeitenden Aktuatoren 6a – 6d sind ebenfallsmit einem konstanten Abstand zwischeneinander beabstandet, der indiesem speziellen Fall etwa 21,25 mm beträgt, gemäß der Parameter, die zuvorin der Beschreibung aufgeführtwurden. Die Berechnung zur Anordnung der Aktuatoren 6 istunten aufgeführt: S = 5 mm (Abstand zwischenden Zähnen), Ncyl = 4 (Anzahl der verwendetenAktuatoren) N = 4 (Wahl des Konstrukteurs,jede Integerzahl ist möglich) dx = S / Ncyl → dx = 5/4= 1,25 mm x = N·S + dx = → x = 4 × 5 mm + 1,25 mm = 21,25 mm
    [0034] In 1 greifendie ersten Eingriffsmittel 7a des ersten Aktuators 6a inReihe mit den zweiten Eingriffsmitteln 7b der angetriebenenEinheit 4 ein. Die Abfolge der ersten Eingriffsmittel 7a wirddurch die Steuereinheit 5 gesteuert. In diesem Fall wirdder letzte Aktuator 6d in der Reihe angetrieben, um dessenKolben in Richtung zu der angetriebenen Einheit 4 zu bewegen.Dieses führtzu einer Bewegung der Kolbenstange nach links in dieser 2 zeigtdie Schritte, um die Kolbenstange nach links beziehungsweise nachrechts zu bewegen.
    [0035] In 2 istdie Funktionsweise der Positioniervorrichtung schematisch dargestellt.Aus Gründender Vereinfachung sind nur die Kolbenstange und schematisch dieAktuatoren 6 mit deren ersten Eingriffsmitteln 7a dargestellt.
    [0036] InSchritt eins ist der erste Aktuator 6a im Eingriff mitder Kolbenstange.
    [0037] InSchritt 2 befindet sich der vierte Aktuator 6d imEingriff mit der Kolbenstange, wobei der erste Aktuator 6a nichtmehr im Eingriff steht. Die Kolbenstange wurde durch diesen Eingriffaufgrund der Kräfte,die aus der Bewegung des Aktuators 6d und der speziellenKontur der ersten und zweiten zusammenwirkenden Eingriffsmittel 7a, 7b bewegt.Die gestichelte Linie an der rechten Seite der Zeichnung kennzeichnetdie Ausgangsposition. Somit hat sich die Kolbenstange in Schrittzwei an wenig nach links bewegt.
    [0038] InSchritt drei befindet sich der dritte Aktuator 6c im Eingriffmit der Kolbenstange, wobei der vierte Aktuator 6d sichnicht mehr im Eingriff befindet. Die Kolbenstange hat sich weiterdurch diesen Eingriff aufgrund der aus der Bewegung des Aktuators 6c undder speziellen Kontur der Eingriffsmittel hervorgerufenen Kräfte wiebereits ausgeführtbewegt. Der Abstand zu der gestichelten Linie an der rechten Seiteder Zeichnung hat sich vergrößert.
    [0039] InSchritt vier befindet sich der zweite Aktuator 6b im Eingriffmit der Kolbenstange, wobei der dritte Aktuator 6c sichnicht mehr im Eingriff befindet. Die Kolbenstange hat sich nochweiter durch den Eingriff wie bereits bekannt bewegt. Der Abstandzu der gestrichelten Linie an der rechten Seite der Zeichnung hatsich nochmals erhöht.
    [0040] InSchritt 5 ist der Zustand von Schritt eins in Bezug aufdie Aktuatoren 6a – 6d erreicht,jedoch mit einer Bewegung der Kolbenstange nach links. Somit können dieseSchritte wiederholt und fortgesetzt werden, bis die angetriebeneEinheit 4 sich in der gewünschten Position befindet.
    [0041] Umdie Bewegung in eine entgegengesetzte Bewegung umzulenken, mussdie Abfolge der Aktuatoren 6a – 6d, die in die Kolbenstangeeingreifen, umgekehrt werden. Dies ist in den Schritten fünf bis neundargestellt.
    [0042] Inden Schritten fünfbis neun lautet die Abfolge der Aktuatoren 6a – 6d,die sich im Eingriff befinden wie folgt: zweiter Aktuator 6b,dritter Aktuator 6c, vierter Aktuator 6d und ersterAktuator 6a. Die Kolbenstange wird durch diese Abfolgenach rechts bewegt. Diese Schritte können ebenfalls wiederholt werden,bis die Kolbenstange sich in einer gewünschten Position befindet.
    [0043] Nachdemdie Prinzipien der Erfindung aufgezeigt wurden, wird in 3 einAusführungsbeispiel dervorliegenden Erfindung dargestellt.
    [0044] 3 zeigtschematisch eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der Positioniervorrichtung 1 gemäß der vorliegendenErfindung. Die Positioniervorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 2,in welchem eine Antriebseinheit 3, eine angetriebene Einheit 4 undeine Steuereinheit (nicht dargestellt) angeordnet sind. Die Antriebseinheit 3 umfasstvier linear arbeitende Aktuatoren 6, die als Druckmittelzylinderausgebildet sind, wobei jeder einen Kolben mit einem ersten Eingriffsmittel 7a,angeordnet an dessen Spitze, aufweist. Die ersten Eingriffsmittel 7a sindals herkömmlicheZähne ausgebildetdie zu der Form der zweiten Eingriffsmittel 7b korrespondieren. Dieangetriebene Einheit 4, die als eine Zahnstange ausgeformtist, ist in dem Gehäuse 2 angeordnetund durch das Gehäuse 2 geführt undist entlang dessen Oberflächemit zweiten Eingriffsmitteln 7b, benachbart zu den ersten Eingriffsmitteln 7a derAntriebseinheit 3 ausgebildet. Das Gehäuse 2 dient in diesem Fallals ein Ventilblock.
    [0045] 4 zeigtschematisch eine Querschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispielsder Positioniervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.Aus Gründerder Vereinfachung sind nur die Antriebseinheit 3 und dieangetriebene Einheit 4 dargestellt. Die angetriebene Einheit 4 istin diesem Beispiel als Zahnrad ausgebildet. Die Aktuatoren 6 sind konstantzu dem Umfang des Zahnrads beabstandet.
    [0046] In 5 istschematisch die Antriebseinheit mit vier Aktuatoren 6 unddie angetriebene Einheit 4 eines dritten Ausführungsbeispielseiner Positioniervorrichtung dargestellt. Die zweiten Eingriffsmittel sindals Ausnehmungen und Vorsprünge,die aus kreisförmigenBereichen, die um einen zentralen kreisförmigen Bereich angeordnet sind,ausgebildet, in welche die ersten Eingriffsmittel eingreifen können. DieAbständezwischen benachbarten Aktuatoren 6 werden wie folgt berechnet: MitS = 120° (resultierendaus drei 3 gleich verteilten kreisförmigen Vorsprüngen, diein einem Kreis angeordnet sind); Ncyl =4, N = 1 (frei gewählt)resultiert dx aus S/Ncyl, was zu einem Wertfür dxvon 30° führt. DerAbstand zwischen benachbarten Aktuatoren resultiert so wie folgtzu x = N·S – 30 = 90.
    [0047] 6 zeigteine Anwendung einer Positioniervorrichtung. Die angetriebene Einheit 4 istals Roboterarm ausgebildet, der in zwei Richtungen rotieren kann,wobei die zweiten Eingriffsmittel 7b zusammen mit einemTeil des Roboterarms als halbes Zahnrad ausgebildet sind, das zentralum ein Gelenkelement gelagert ist. Auch hier werden vier Aktuatorenverwendet, um die angetriebene Einheit 4 anzutreiben. DieVielzahl der Anwendungsmöglichkeiten, indenen die Positioniervorrichtung verwendet werden kann, wird aneine weiteren, in 7 dargestellten Anwendung deutlich.
    [0048] 7 zeigteine weitere Anwendung der Positioniervorrichtung. In dem vorliegendenFall treibt die Antriebseinheit 3 eine angetriebene Einheit 4 an, derenEingriffsmittel als Teile einer endlosen, umlaufenden Kette odereinem Polymerband ausgebildet sind, wobei die Kette dazu geeignetist, weitere Einheiten anzutreiben.
    1 Positioniervorrichtung 2 Gehäuse 3 Antriebseinheit 4 angetriebeneEinheit 5 Steuereinheit 6 Aktuator 6c ersterAktuator6b zweiterAktuator 6c dritterAktuator 6d vierterAktuator 7 Eingriffsmittel 7a ersteEingriffsmittel 7b zweiteEingriffsmittel
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Positioniervorrichtung (1) umfassend einGehäuse(2), welches zumindest teilweise eine lineare Antriebseinheit(3) mit ersten Eingriffsmitteln (7a), die linear in eineerste Richtung bewegbar ist, um eine lineare Bewegung, die in dieerste Richtung gerichtet ist, bereitzustellen und eine bewegbareangetriebene Einheit (4) mit zweiten Eingriffsmitteln (7b),die in eine zweite Richtung bewegbar ist, um eine Bewegung, diein die zweite Richtung gerichtet ist bereitzustellen, wobei diezweiten Eingriffsmittel (7b) mit den ersten Eingriffsmitteln (7a)zusammenwirken und eine Steuereinheit (5) zum Steuernder linearen Antriebseinheit (3), um die erste Bewegungin eine zweite Bewegung umzuwandeln, aufnimmt und unterstützt, dadurchgekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (3) unddie angetriebene Einheit (4) so angeordnet sind, dass dieerste Richtung der linearen Bewegung der Antriebseinheit (3) imWesentlichen senkrecht zu der zweiten Richtung der Bewegung derangetriebenen Einheit (4) in dem Bereich des Eingriffsausgebildet ist, um eine erste lineare Bewegung in eine zweite Bewegungumzuwandeln.
    [2] Positioniervorrichtung (1) gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (3) zumindestzwei linear arbeitende Aktuatoren (6) umfasst, die in diezweite Richtung der zweiten Bewegung in dem Bereich des Eingriffsbeabstandet sind und ein erstes Modul definieren, wobei jeder derAktuatoren (6) ein korrespondierendes erstes Eingriffsmittel(7a) aufweisen, dass an einem bewegbarem Teil der Aktuatoren(6) befestigt, dass sich naheliegend zu den zweiten Eingriffsmitteln(7b)befindet.
    [3] Positioniervorrichtung (1) gemäß Anspruch1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5)so ausgebildet ist, dass sich zumindest eins der erstens Eingriffsmittel(7a) permanent im Eingriff mit zumindest einem der zweitenEingriffsmittel (7b) befindet, um ein permanente Haltefunktionzu gewährleisten.
    [4] Positioniervorrichtung (1) gemäß einemder Ansprüche1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Eingriffsmittel(7b) konstant mit vordefinierten Abständen beabstandet sind und soein zweites Modul entlang der Oberfläche der angetriebenen Einheit(4) bilden, womit diese einen Eingriffsbereich bilden,in dem die angetriebene Einheit (4) bewegt werden kann.
    [5] Positioniervorrichtung (1) gemäß Ansprüchen 1 bis4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffsmittel (7)als Ausnehmungen und/oder Vorsprünge ausgebildetsind, wobei zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen ein Vorsprungangeordnet ist, welche einen graduellen, allmählichen Übergangsbereich zwischen Vorsprüngen und/oderAusnehmungen bilden.
    [6] Positioniervorrichtung (1) gemäß Ansprüchen 2,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Modul zumindestetwas größer oderkleiner ist als das zweite Modul, abhängig von zumindest der Anzahlan Aktuatoren, wobei das erste Modul kein Vielfaches des zweitenModuls ist, so dass zumindest einer der Vorsprünge und/oder Ausnehmungen der erstenEingriffsmittel (7a) in eine korrespondierende Ausnehmungund/oder einen korrespondierenden Vorsprung der zweiten Eingriffsmittel(7b) eingreifen kann, ohne die angetriebene Einheit(4)zu bewegen.
    [7] Positioniervorrichtung (1) gemäß einemder Ansprüche1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die angetriebene Einheit (4)eine Einheit, ausgewählt ausder Gruppe der verzahnten Teile ist, umfassend Zahnstangen und Zahnräder, umeine lineare beziehungsweise eine rotatorische Bewegung bereitzustellen,wobei die Eingriffsmittel (7) zahnförmig ausgebildet sind.
    [8] Positioniervorrichtung (1) gemäß einemder Ansprüche1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (6)ausgewähltsind aus der Gruppe der linearen Aktuatoren (6) umfassendDruckmittelzylinder wie Pneumatikzylinder und Hydraulikzylinderund linear arbeitende Magnete wie Zugmagnete oder elektromagnetischeZugmagnete.
    [9] Verfahren zum Antreiben einer angetriebenen Einheit(4) mit zweiten Eingriffsmitteln (7b) in eine zweiteRichtung mittels einer Antriebseinheit (3) mit zumindestzwei linearen Aktuatoren (6), die im Wesentlichen in senkrechterRichtung zu der angetriebenen Einheit (4) arbeiten, umfassenddie Schritte: i.) Betätigeneines Aktuators (6), so dass dieser sich im Eingriff mitder angetriebenen Einheit (4) befindet (falls noch nichtim Eingriff) und dadurch die angetriebene Einheit (4) ineine erste Richtung bewegt, ii.) Betätigen eines benachbarten Aktuators(6), der dem Aktuator (6) aus Schritt i.) in zweiterRichtung folgt, so dass sich dieser im Eingriff mit der angetriebenenEinheit (4) befindet und dadurch diese angetrieben Einheit(4) wieder in eine erste Richtung bewegt, iii.) Betätigen desAktuators (6) aus Schritt i.), so dass dieser sich nichtmehr im Eingriff mit der angetriebenen Einheit (4) befindet,nachdem der benachbarte Aktuator (6) aus Schritt ii.) sichim Eingriff mit der angetriebenen Einheit (4) befindet, iv.)Wiederholen der Schritte i.) bis iii.) so oft, wie es erforderlichist, um die angetriebene Einheit (4) in eine gewünschte Positionzu positionieren und v.) Starten mit Schritt i.) falls derletzte Aktuator (6) in einer Reihe der Antriebseinheit(3) betätigtwurde, wodurch ein Zyklus beendet wird, wobei Schritt v.) vorSchritt iv.), fall erforderlich, durchgeführt werden kann.
    [10] Verfahren zum Antreiben einer angetriebenen Einheit(4) mit zweiten Eingriffsmitteln (7b) in entgegengesetztenRichtung der zweiten Richtung mittels einer Antriebseinheit (3)mit mindestens zwei linearer Aktuatoren (6), die im Wesentlichenin senkrechter Richtung zu der angetriebenen Einheit (4)arbeiten, umfassend die Schritte: i.) Betätigen eines Aktuators (6),so dass dieser sich im Eingriff mit der angetriebenen Einheit (4)befindet (falls noch nicht im Eingriff) und dadurch die angetriebeneEinheit (4) in eine entgegengesetzte Richtung zu der zweitenRichtung bewegt, ii.) Betätigeneines benachbarten Aktuators (6), der dem Aktuator (6)aus Schritt i.) in entgegengesetzter Richtung zu der zweiten Richtungfolgt, so dass dieser sich im Eingriff mit der angetriebenen Einheit(4) befindet und dadurch die angetriebene Einheit (4) wiederin entgegengesetzte Richtung zu der zweiten Richtung bewegt, iii.)Betätigendes Aktuators (6) aus Schritt i.), so dass dieser sichnicht mehr im Eingriff mit der angetriebenen Einheit (4)befindet, nachdem der benachbarte Aktuator (6) aus Schrittii.) sich im Eingriff mit der angetriebenen Einheit (4)befindet, iv.) Wiederholen der Schritte i.) bis iii.) so oftwie erforderlich, um die angetriebene Einheit (4) in einegewünschtePosition zu positionieren und v.) Starten mit Schritt i.),falls der letzte Aktuator (6) in einer Reihe der Antriebseinheit(3) betätigtwurde, wodurch ein Zyklus beendet wird, wobei Schritt v.) vorSchritt iv.) durchgeführtewerden kann, falls erforderlich.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-11-17| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-10-31| 8364| No opposition during term of opposition|
    2008-02-14| 8339| Ceased/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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