振动隔离器的制作方法

1.本发明涉及一种具有支承体和空气弹簧的振动隔离器，所述空气弹簧具有由膜封闭的腔室。


背景技术：

2.从现有技术中已知振动隔离器，其具有膜，该膜将空气空间分成两个腔室，这两个腔室经由连接件彼此连通。膜下的气压可以通过压力控制阀进行调节，从而实现振动隔离。在某些应用中，使用三个空气弹簧用于支撑负载。由更多的空气弹簧支撑负载的系统也是已知的。
3.对于移动质量的机器，应该在所有六个自由度上阻拦可能的运动。为此，在现有技术中使用附加的位置控制器，其将质量固定在平面中。这又需要至少三个定位控制器，例如水平操作的双作用缸(doppeltwirkende zylinder)。
4.当使用机器人借助于喷射阀进行少量配料时，机器人相对较重的头部沿着任何方向移动到工作区域中的任何位置。另一方面，这种机器人或配料系统的构造不是很大，因此不能使用常规的振动隔离器。


技术实现要素：

5.因此，本发明的目的是创造一种结构紧凑且提供优化的振动隔离的振动隔离器。
6.所述目的通过权利要求1的特征实现，特别是通过振动隔离器实现，其中所述振动隔离器包括安装在至少两个空气弹簧上的支承体，其中每个空气弹簧都具有由膜封闭的腔室，所述腔室可以通过可控的阀加载压缩空气。此外，每个膜在其中性位置均布置在平面中，其中两个平面以v形相对于彼此布置或定向，并且支承体放置在两个空气弹簧上。
7.根据本发明，支承体因此布置在彼此倾斜的两个空气弹簧之间。在中性位置，即在非偏转位置，每个空气弹簧的膜布置在平面中，即膜在其非偏转位置是平面的，不是如现有技术中已知的(至少部分地)卷曲或卷起。因此可以实现v形布置，其中每个膜放置在平面中并形成v形的一个支腿。
8.根据本发明，对于所有可能的运动轴使用重力，即没有水平地使用致动器。因为根据本发明没有使用水平或竖直作用或布置的空气弹簧，所以空气弹簧可以用于在所有自由度上进行补偿。根据本发明，每个空气弹簧在其组装位置的作用方向既不水平也不竖直地定向。更确切地说，其相对于竖直方向以介于例如约10
°
至约60
°
之间的锐角延伸。
9.上述振动隔离器可以以非常紧凑的设计生产，并且使用这种振动隔离器可以将例如包括三个或四个上述类型的振动隔离器的系统组合在一起。在三个振动隔离器的情况下，它们可以星形布置在待隔离的质量的下方。当安装在总共四个振动隔离器时，存在运动学过度决定然而，这可以借助于电子控制器而可靠地控制。在这两种情况下，待隔离的装置在所有六个自由度上都与振动隔离。因此，具有精确地三个根据本发明的振动隔离器的布置在某种程度上呈现为斯图尔特平台(hexapod)，其致动器(膜)控
制成使得斯图尔特平台的底部尽可能保持不动。
10.在说明书、附图和从属权利要求中描述了本发明的有利实施例。
11.在第一有利实施例中，两个空气弹簧的作用线可以以锐角相交。空气弹簧的作用线被理解为意指空气弹簧重心上的法线，即一直线，弹簧力在弹簧的重心的区域中沿该直线发展。
12.根据另一个有利的实施例，支承体可以通过滚珠轴承安装在空气弹簧上。这显著减少了支承体和空气弹簧之间的界面区域的摩擦，从而有助于振动隔离。根据另一有利的实施例，滚珠轴承可以设计为扁平的滚珠轴承，例如通过提供扁平的滚珠保持架来容纳滚珠轴承的各个滚珠。该实施例导致多个振动隔离器之间的非常有利的解耦，因为振动隔离器可以补偿涉及两个自由度的运动。两个另外根据本发明的振动隔离器可以考虑剩余的四个自由度，因为第一振动隔离器的两个扁平的滚珠轴承允许两次沿着另外两个轴线的自由运动。
13.根据另一有利的实施例，滚珠轴承或滚珠保持架可以在振动隔离器中通过弹簧夹定心和保持。这使得可以将滚珠轴承夹在弹簧夹之间，从而有助于快速简便地组装。
14.根据另一有利的实施例，支承体可以具有两个支承表面，所述两个支承表面以与每个膜在其中性位置中所处的两个平面大致相同的角度彼此倾斜。在这种情况下，空气弹簧和支承体的相应的支承面形成两个平行平面，使得支承体可以以节省空间的方式设置在两个膜之间。
15.根据另一有利的实施例，每个膜可以设置有支承板，所述支承板例如螺栓固定到膜上。支承体或滚珠轴承装置然后可以布置在支承板上，从而在两种情况下产生低摩擦支承。
16.根据另一有利的实施例，可以为支承体设置至少一个止动件，以形成机械振动限制装置。至少一个止动件可以设计成阻尼器或具有阻尼器。例如，止动件可以具有类似橡胶的元件。也可以在支承体的上侧设置止动件，使其在振动隔离器的运输过程中不会从振动隔离器上掉落。同时，该实施例提供的优点在于，为了校准目的，支承体可以抵靠支承体上侧的止动件放置。在该位置，支承体具有可用于控制和调节目的的独特的、预先限定的位置。
17.根据另一有利实施例，两个平面可以彼此倾斜大约90
°
至150
°
的角度。结果，在首次尝试中取得了良好的效果。
18.根据另一有利的实施例，可以为每个腔室提供压力控制阀，其由检测膜的振动的振动传感器控制。通过电子控制装置借助于振动传感器可以确定膜的运动，并且根据这种运动可以驱动相关联的压力控制阀，使得膜下方的腔室中的压力增加或减少。振动传感器可以设计成距离传感器，利用所述距离传感器可以将膜调节到恒定的位置。
19.根据另一实施例，支承体(以及由此的待与振动隔离的质量)可以放置在精确地两个空气弹簧上，所述两个空气弹簧特别地布置在共同的壳体中。在具有正好两个空气弹簧的实施例中，存在紧凑的单元，其可以根据要求放置在机器支承装置下方的三个或四个位置上。为了控制空间中的物体的位置，已知控制六个运动方向，每个方向都具有致动器。根据本发明，在一个壳体中提供最少三个具有两个主动空气弹簧的振动隔离器。
20.在具有四个振动隔离器的系统中，每个振动隔离器精确地具有两个空气弹簧，其
中振动隔离器可以例如沿着两个垂直交叉的轴线布置，这意味着存在过度决定，但是，沿所有六个自由度进行振动解耦是可能的。可以通过定义一个振动隔离器作为主导装置，然后将其他具有压力控制的振动隔离器作为从动装置来解决过度决定问题。
附图说明
21.下面参考附图使用示例性实施例来描述本发明。附图中示出：
22.图1为振动隔离器的透视图；
23.图2为图1的振动隔离器沿ii-ii线的截面图；
24.图3为图2的区域iii的局部放大图；
25.图4为图2的区域iv的局部放大图；
26.图5为图1的振动隔离器的俯视图，其中移除了盖和支承体；
27.图6为图5的组件中滚珠轴承被移除的平面图，；
28.图7为振动隔离器的连接图；以及
29.图8为具有三个根据图1至图7的振动隔离器的系统。
具体实施方式
30.图1示出具有基底壳体10的振动隔离器的透视图，基底壳体10在其上侧被框架形的盖12封闭。在基底壳体10中，支承体14安装在两个空气弹簧16、18上，空气弹簧16、18也容纳在基底壳体10中。
31.在该实施例中，两个空气弹簧16和18以相同方式构造。如图3和图4所示，每个空气弹簧16、18包括膜20、22，所述模分别安装在腔室24、26上方并密封腔室24、26。每个腔室24和26均可以通过相应的压力控制阀60、62加载压缩空气，即可以加压和排气，为此两个阀60、62通过微控制器65控制(图7)。进入腔室24和26的相应的空气供应未在图中示出。此外，也未示出测量每个腔室中的压力并且连接到微控制器65的压力传感器。例如，这种压力传感器可以集成到压力控制阀中。
32.图2到图4示出每个膜20、22处于其中性位置，即处于其未偏转的位置。在该中性位置，每个膜20、22布置在一个平面内，即膜是平面形状，其中两个膜在其静止位置所布置在其中的两个平面彼此以v形布置或定向。换言之，两个膜位于该v形的支腿上，该v形具有张角α，其在所示的示例性实施例中为大约120
°
。相应地，两个空气弹簧16和18的作用线以锐角β相交(参见图2)，在所示的示例性实施例中该角约为60
°
。
33.具体如图3和图4所示，每个膜20、22用螺栓固定到支承板28，该支承板28由在膜的相对侧上的反压板30保持。在支承板28和反压板30之间的空腔中有橡胶阻尼器32，其与基底壳体10的固定止动件33相互作用，以便在极端情况下对移动质量的冲击进行缓冲。
34.放置在两个空气弹簧16和18上的支承体14的横截面形成为近似三角形，并且在其下侧具有两个支承表面40和42，它们以与两个平面e1和e2相同的角度α彼此倾斜。在空气弹簧16和18的支承板28与两个支承表面之间均设置扁平滚珠轴承44、46，在所示示例性实施例中的滚珠轴承具有跑道形外周轮廓并且具有多个轴承滚珠，这些滚珠借助于扁平滚珠保持架45、47以分布的方式布置在轴承板28上。
35.图5示出基底壳体10的俯视图，其中盖子12被移除并且支承体14被去除。可以看
出，两个空气弹簧16和18彼此平行并排放置，其中滚珠轴承46和48放置在支承板28上方。两个滚珠轴承44和46分别借助于弹簧夹49、51定心并固定就位。图6示出图5的视图，其中滚珠轴承44和46被去除使得膜20、22可见。
36.如图2所示，支承体14在其上侧设置有两个倒角50、52，它们平行于盖12的开口中的相应倒角54、56延伸。因此，盖12的两个倒角54和56形成用于支承体14的上部固定止动件，其同时防止支承体14在盖关闭时从壳体12中掉出。在两个膜20、22的下方设置有止动件33，阻尼器32可以抵靠在该止动件上以避免支承体14在极端振动的情况下的猛烈撞击。
37.图1清楚地表明，两个压力控制阀60和62布置并固定在基底壳体10的侧面。电气连接和气动连接在两个压力控制阀60和62的下方。此外，两个阻尼腔室64和66设置在基底壳体10中，它们分别通过可调节的节流阀68、70连接到腔室24、26中的一者。
38.通过在基底壳体10的侧面设置的紧固凸缘11和13，可以容易地将上述振动隔离器安装在水平底面上。然后可以将待与振动隔离的装置，例如配料机器人或其他装置连接到支承体14，其中为了便于安装，在支承体14的中部在其上侧设置有被螺纹孔17围绕的定心销15。
39.如上所述，可以在一个装置下设置多个上述振动隔离器以进行振动隔离，其中在三个振动隔离器的情况下，图8所示的星形布置有利于在所有六个自由度上隔离振动。在所示的布置中，恰好三个根据本发明的振动隔离器以星形布置定位在底板下方，并且彼此尽可能远地间隔开。
40.为了能够检测每个膜16、18的振动，以传感器线圈形式的振动传感器34集成在每个腔室24、26底部的基底壳体10中，其检测由铁构成或含有铁的反压板30的运动。两个振动传感器34确定传感器线圈和膜之间的距离变化，并且连接到微控制器65(图7)，并且控制两个压力控制阀60、62，使得两个腔室24、26加载预定的压力，或解除压力。因此，两个压力控制阀60和62连接到压力管路p和返回管路r。附图标记a表示数据电源线。
41.对于用于振动隔离的非调节操作，可以首先对两个腔室24和26加载压力，使得支承体14放置在止动件54、56上，从而处于预定和限定的位置。然后可以降低腔室中的压力，使得两个膜都处于其图中所示的中性位置。然后可以通过腔室中的流体(通常是空气)经由相应的阻尼阀68和70流入和流出阻尼腔室64和66来实现更高频率的振动隔离。
42.然而，如果需要主动振动阻尼，传感器34可以检测每个膜的运动，然后微控制器65可以控制压力控制阀60和62，使得每个膜的振动通过控制腔室24和26中的压力来衰减。
43.如果预先知道所产生的振动，例如因为机器人或另外的机器沿着预定的运动曲线运动，则产生对于隔离振动的特别有利的过程。当然，这里仅提及机器人作为在操作过程中产生振动的装置的示例。为了实施该方法，机器或机器人可以附接到上述振动隔离器的支承体，然后根据预定运动曲线运动。例如，配料机器人可以运动使得配料阀沿着预定运动路径运动。在此出现的振动可以借助振动传感器检测和记录，其中例如可以使用振动隔离器的距离传感器34。可选地，为每个膜确定与通过压力加载调节的距离的偏差。
44.当随后机器或机器人再次沿着预定运动曲线移动时，发生的振动是已知的，并且预先为每个腔室中的压力创建的压力曲线可以用于抵消运动期间发生的振动。为此，两个腔室24、26可以以这样的方式加载压力，使得压力对应于当机器人或机器根据预定运动曲线再次运动时产生的压力曲线。这可以实现极好的振动补偿。在这种情况下，还可能有利
地，稍早地触发压力变化，以便考虑到压力控制阀的反应时间。
45.实时以太网应用(rte)，特别是与以太网供电(poe)相关的应用，适用于机器人的运动数据和振动传感器数据的快速数据采集。

技术特征：
1.一种振动隔离器，其包括：支承体(14)，其安装在至少两个空气弹簧(16、18)上，其中每个空气弹簧(16、18)具有由膜(20、22)封闭的腔室(24、26)，所述腔室能够通过可控阀(60、62)加载压缩空气，其中每个膜(20、22)在其中性位置时布置在平面(e1、e2)中，两个所述平面(e1、e2)彼此呈v形布置，并且所述支承体(14)放置在两个所述空气弹簧(16、18)上。2.根据权利要求1所述的振动隔离器，其特征在于，所述两个空气弹簧(16、18)的作用线以锐角(β)相交。3.根据权利要求1或2所述的振动隔离器，其特征在于，所述支承体(14)均通过平面滚珠轴承(44、46)安装在所述空气弹簧上。4.根据前述权利要求中任一项所述的振动隔离器，其特征在于，在所述支承体(14)和每个空气弹簧(16、18)之间设置滚珠轴承(44、46)，所述滚珠轴承的滚珠保持在以弹簧为中心的滚珠保持架(45、47)中。5.根据前述权利要求中任一项所述的振动隔离器，其特征在于，每个膜(20、22)均设置有支承板(28)。6.根据前述权利要求中任一项所述的振动隔离器，其特征在于，为所述支承体(14)设置至少一个止动件(32、33、54、56)。7.根据权利要求6所述的振动隔离器，其特征在于，所述至少一个止动件(32、33、54、56)被设计为阻尼器(32)或具有阻尼器(32)。8.根据前述权利要求中任一项所述的振动隔离器，其特征在于，所述支承体(14)具有两个支承表面(40、42)，所述支承表面以与所述两个平面(e1、e2)相同的角度(α)彼此倾斜。9.根据前述权利要求中任一项所述的振动隔离器，其特征在于，所述两个平面(e1、e2)以大约90
°‑
150
°
的角度(α)彼此倾斜。10.根据前述权利要求中任一项所述的振动隔离器，其特征在于，每个腔室(24、26)均设置压力控制阀(60、62)，所述压力控制阀由振动传感器(34)控制，所述振动传感器检测所述膜(20、22)的振动。11.根据前述权利要求中任一项所述的振动隔离器，其特征在于，所述支承体(14)精确地放置在两个空气弹簧(16、18)上，所述空气弹簧特别地布置在
共同的壳体(10)中。12.一种用于振动隔离的系统，其包括三个或四个根据前述权利要求1至10中任一项所述的振动隔离器，每个振动隔离器精确地具有两个空气弹簧(16、18)。13.一种通过使用至少一个根据权利要求1至10中任一项所述的振动隔离器的机器人的振动隔离方法，其包括以下步骤：-将机器人紧固在所述支承体上；-根据预定运动曲线移动所述机器人；-借助所述振动传感器检测发生的振动；-为每个腔室中的压力创建压力曲线，以在所述机器人根据所述预定运动曲线移动时抵消发生的振动；和-当所述机器人根据预定运动曲线再次移动时，向所有腔室加载对应于创建的压力曲线的压力。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，通过所述振动隔离器的距离传感器检测振动，其中特别地针对每个膜确定与通过加载压力调节的距离的偏差。15.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述腔室在检测振动之前加载预定压力，特别地选择所述预定压力以使得每个膜处于其中性位置。

技术总结
一种振动隔离器，其具有安装在至少两个空气弹簧上的支承体，其中每个空气弹簧具有由膜封闭的腔室，所述腔室能够加载压缩空气。所述腔室能够加载压缩空气。所述腔室能够加载压缩空气。


技术研发人员：M
受保护的技术使用者：玛珂系统分析和开发有限公司
技术研发日：2023.01.28
技术公布日：2023/8/1