DE4413512A1 - Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem kolbenstangenlosen Druckmit­ telzylinder, bei dem in einem zylindrischen Innenraum eines längsgeschlitzten Gehäuses ein abgedichteter Kolben ver­ schiebbar angeordnet ist. Der Kolben teilt den Innenraum in zwei Teile, die gegeneinander abgedichtet sind. Wird in den einen Teil des Innenraums ein Druckmittel eingebracht, so wird der Kolben in Richtung auf den anderen Innenraum ver­ schoben. Dort ist der Druckmittelanschluß entlüftet. Der Wi­ derstand, der sich der Bewegung des Kolbens entgegenstellt, wird durch den Querschnitt des Auslasses bestimmt. Zum Abbremsen ist dann vorgesehen, daß der Querschnitt des Auslasses bei Abbremsbeginn an einem bestimmten Umschaltpunkt auf eine Bypass-Luftführung gelegt wird und der eigentliche Auslaß verschlossen wird. Der Bypass wiederum wird zum Stand der Technik mittels Drosselschraube gesondert eingestellt. Je nach Größe der zu bewegenden Masse und der Gesamtreibung einer Anlage erfolgt dann noch eine Weiterbewegung bis zum Stillstand. Ein bisher nicht zu vermeidender physikalischer Effekt besteht darin, daß der abrupte Übergang von Kolben­ bewegungsgeschwindigkeit in der Bremsstrecke, welche auch als Dämpfstrecke bekannt ist, zu heftigen Schwingungen des Systems neigt. Es ist weiterhin bekannt, daß wegen der Kolbengeschwindigkeit mit der mit dem Kolben verbundenen Masse eine kinetische Energie vorliegt, welche über ein Feder-Masse-System abgebaut wird. Aus diesem Grund müssen Federweg und Bremskraft aufeinander abgestimmt werden. Bei bekannten Druckmittelzylindern dieser Art ist eine mechanisch arbeitende Umschalteinrichtung vorgesehen, die vor Erreichen der möglichen Endposition den Querschnitt des Druckmittelaus­ lasses verringert. Damit unter allen möglichen Betriebsbedin­ gungen immer ein sicheres Abbremsen vor Erreichen der mögli­ chen Endposition gewährleistet ist, ist die fest installierte Umschalteinrichtung für den Fall einer großen Last mit geringer Reibung dimensioniert. In Fällen, in denen eine kleine Last mit großer Reibung bewegt werden soll, führt dies entweder dazu, daß die an sich mögliche Hublänge nicht ausgenutzt werden kann, oder daß im Endstadium ein Antrieb mit geringerer Geschwindigkeit erfolgen muß. Dies beeinträch­ tigt in gewisser Weise den großen Vorteil der kolbenstangen­ losen Druckmittelzylinder, nämlich eine im Vergleich zur Baulänge große Hubstrecke.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Möglichkeit zu schaffen, die Hublänge unabhängig von der zu bewegenden Last und der dabei auftretenden Reibung optimal ausnutzen zu kön­ nen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Druck­ mittelzylinder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor. Weiter­ bildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Als hervorragendes Merkmal der Erfindung ist auf den ideal erreichbaren, schwingungsfreien Abbremsweg hinzuweisen, indem die Lage des Umschaltpunktes entsprechend vorliegender Masse und Geschwindigkeit des Systems veränderlich ist.

Die Erfindung nutzt somit die Möglichkeit der getrennten Veränderbarkeit zwischen der beschriebenen Dämpfstrecke und der bis dahin üblichen Veränderung des Abluft-Drosselquer­ schnittes.

Besonders günstig ist es, wenn die Veränderung der Umschalt­ position von außerhalb des Gehäuses her möglich ist, also ohne Öffnen des Gehäuses. In diesem Fall kann der Benutzer der Anlage von sich aus eine Nachjustierung durchführen oder bei Ändern der zu bewegenden Last auch wieder eine Neuein­ stellung.

Da der von der Erfindung vorgeschlagene Druckmittelzylinder in beide Richtungen arbeitet und in beiden Richtungen ggf. unterschiedliche Lasten zu bewältigen oder unterschiedliche Widerstände zu überwinden hat, wird es ebenfalls möglich, an beiden Stirnseiten des Gehäuses eine unterschiedliche Ein­ stellung vorzunehmen.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß die Umschaltein­ richtung dadurch den Auslaßquerschnitt verringert, daß sie von zwei Auslässen einen verschließt. Gegebenenfalls kann auch vorgesehen sein, daß zwei Umschaltpositionen vorhanden sind, wobei dann eine stufenweise Verringerung des Auslaß­ querschnitts durchgeführt wird.

Besonders günstig ist es, wenn die Umschalteinrichtung einen in Axialrichtung verlaufenden Zapfen und eine mit diesem zu­ sammenwirkende Bohrung aufweist, wobei eines dieser Elemente an dem Gehäuse und das jeweils andere Element an dem Kolben angeordnet ist.

Bei axialer Annäherung gelangen der Zapfen und die Bohrung so miteinander in Eingriff, daß sie das Durchströmen des aus­ strömenden Druckmittels, beispielsweise der Luft, verhindern oder reduzieren.

In diesem Fall kann die Umschaltposition beispielsweise da­ durch verändert werden, daß die axiale Position des Zapfens und/oder der Bohrung veränderbar ist. Der Zapfen kann also mehr oder weniger weit in das Gehäuse hineinragen. Bei der axialen Veränderung der Bohrung kann eine die Bohrung dar­ stellende Hülse axial verändert werden, da bei der Bohrung der Rand der Bohrung der maßgebende Teil ist.

Beispielsweise kann der Zapfen hohl und die Bohrung ein Sackloch sein. In diesem Fall verschließt die Bohrung bei Eindringen des Zapfens in sie den Strömungsmitteldurchgang durch den hohlen Zapfen.

Ebenfalls möglich ist es, daß die Bohrung eine durchgehende Bohrung ist und der Strömungsmitteldurchgang durch sie da­ durch verringert oder unterbrochen wird, daß der Zapfen die Bohrung verschließt.

Erfindungsgemäß kann in Weiterbildung vorgesehen sein, daß die axiale Position des veränderbaren Elements durch ein Gewinde veränderbar ist, so daß also das Element mehr oder weniger weit ein- oder ausgeschraubt wird.

Ebenfalls möglich ist es, daß die axiale Position durch ein Zahnrad veränderbar ist, das in eine mit dem veränderbaren Element verbundene oder an diesem ausgebildete Zahnstange oder Zahnreihe eingreift.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge ergeben sich aus den Patentansprüchen, deren Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschrei­ bung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Druckmittelzylinders nach der Erfindung;

Fig. 2 stark vereinfacht einen Schnitt durch ein Stirnende eines Zylinders nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 eine zweite Möglichkeit der Veränderung der axialen Position eines Zapfens;

Fig. 4 eine dritte Möglichkeit der Veränderung der axialen Position eines Zapfens;

Fig. 5 eine weitere Möglichkeit der Veränderung der Dämpfungsstrecke.

Der in Fig. 1 dargestellte Druckmittelzylinder enthält ein Gehäuse 1, das einen zylindrischen Innenraum 2 enthält. Das Gehäuse ist als durchgehendes Profil ausgebildet und weist einen in Fig. 1 oben dargestellten durchgehenden Längsschlitz 3 auf. Der Längsschlitz 3 ist durch ein inneres Dichtband 4 und ein äußeres Dichtband 5 abgedichtet. Im Innenraum 2 ist ein Kolben 6 längsverschieblich angeordnet. Der Kolben weist im Bereich seiner beiden Stirnseiten je eine umlaufende Dich­ tung 7 auf, die ihn gegenüber der Innenwand des Innenraums 2 abdichtet. Dadurch werden auf beiden Stirnseiten des Kolbens 6 je ein abgedichteter Teil 8, 9 des Innenraums 2 gebildet. Der Kolben greift mit einem Ansatz 10 durch den Längsschlitz 3 hindurch, wobei in dem Bereich dieses Ansatzes 10 sowohl das äußere Dichtband 5 als auch das innere Dichtband 4 von dem Längsschlitz abgehoben werden.

An beiden Stirnseiten ist das Gehäuse 1 durch je ein Ab­ schlußelement 11, 12 abgeschlossen. Beide Abschlußelemente enthalten je einen Druckmittelanschluß 13.

Jedes Abschlußelement 11, 12 enthält einen in Axialrichtung verlaufenden hohlen Zapfen 14, der einen inneren Durchgang 15 für das Druckmittel aufweist. Der Durchgang 15 führt zu dem Druckmittelanschluß 13.

Parallel zu dem Durchgang 15 des Zapfens 14 ist in dem An­ schlußelement 11, 12 ein zweiter Durchgang 16 mit kleinerem Querschnitt angeordnet, der innerhalb des Abschlußelements 11, 12 zu dem Druckmittelanschluß 13 führt.

Beide Stirnseiten des Kolbens 6 enthalten je eine sich in Axialrichtung erstreckende Sacklochbohrung 17, deren Innen­ durchmesser dem Außendurchmesser des Zapfens 14 in dessen zylindrischen Teil gleich ist. Der Zapfen 14 ist im Bereich seines freien Endes leicht verjüngt ausgebildet.

Gibt man beispielsweise über den Druckmittelanschluß 13 des in Fig. 1 rechten Abschlußelements 11 ein Druckmittel in den Teilraum 8 und legt man den Druckmittelanschluß 13 des gegen­ überliegenden Abschlußelements 12 an Atmosphäre, so bewegt sich der Kolben nach links, und zwar so lange, wie der Druck­ unterschied vorhanden ist. Der Widerstand, der sich der Bewe­ gung des Kolbens 6 entgegenstellt, wird innerhalb des Kol­ bens, abgesehen von der Reibung, in erster Linie von der Sum­ me der Querschnitte der Durchgänge 15 und 16 bestimmt. Bei Weiterbewegung des Kolbens 6 wird eine Position erreicht, in der das freie Ende des Zapfens 14 die Sacklochbohrung 17 er­ reicht. Sobald der Zapfen 14 in die Bohrung 17 eindringt, wird der Durchgang 15 durch ihn verschlossen, so daß die Luft nur noch durch den Durchgang 16 ausströmen kann. Es erhöht sich also bei dieser Position der Ausströmwiderstand, so daß hier die Bewegung des Kolbens 6 stärker abgebremst wird.

Bei dem dargestellten Kolben erfolgt das Umschalten also da­ durch, daß von den zwei Durchgängen 15, 16 einer verschlos­ sen wird. Ebenfalls möglich wäre es, beispielsweise den Au­ ßendurchmesser des Zapfens 14 kleiner als den Innendurchmes­ ser des Sacklochs 17 zu machen. In diesem Fall würde auch eine Vergrößerung des Strömungswiderstandes auftreten, je nach Größe des radialen Spalts zwischen den beiden zusammen­ wirkenden Teilen.

Um nun die Position des Kolbens, bei der die Verringerung des Ausströmquerschnitts auftritt, verändern zu können und da­ durch eine Anpassung der Abbremsung an unterschiedliche La­ sten durchführen zu können, wird von der Erfindung vorgese­ hen, daß die axiale Position des Zapfens 14 verändert werden kann.

Eine Möglichkeit hierfür ist in größerem Maßstab stark sche­ matisiert in Fig. 2 dargestellt. Der Zapfen 14 weist einen Lagerabschnitt 18 auf, mit dem er in einer Querwand 19 gela­ gert ist. Zur Abdichtung kann eine Nut 20 für einen O-Ring vorgesehen sein, der dann an der Oberfläche des Lagerab­ schnitts 18 anliegt.

Der Endbereich des Zapfens 14 weist ein Außengewinde 21 auf, das eine Art Verzahnung bildet. Mit dieser Verzahnung kämmt das Außengewinde 22 eines Bolzens 23, der axial unbewegbar aber um seine Längsachse verdrehbar in dem Abschlußelement 12 gehaltert ist. Von der Außenseite her kann dann durch Verdre­ hen des Bolzens 23 die axiale Position des Zapfens 14 und da­ mit die Umschaltposition verändert werden.

Eine zweite Möglichkeit zur axialen Änderung der Position des Zapfens 14 ist in Fig. 3 dargestellt. Hier enthält der äußere Endabschnitt 24 des Zapfens 14 eine sich in Axialrichtung er­ streckende Zahnreihe 25. In die Zähne der Zahnreihe 25 greift ein angedeutetes Zahnrad 26 ein, das in beide Richtungen ver­ drehbar ist. Auch dies führt zu einer Veränderung der Axial­ position des Zapfens 14.

In Fig. 4 weist der Zapfen 14 wiederum ein Gewinde 27 auf, das direkt in einer Gewindebohrung der Querwand 19 eingreift.

Hier führt eine Verdrehung des Zapfens 14 um seine eigene Längsachse gleichzeitig zu einer Veränderung seiner axialen Position.

Während bei den dargestellten Ausführungsformen der hohle Zapfen an dem Abschlußelement 11, 12 angeordnet ist, ist es ebenfalls möglich, den Zapfen eher als eine Hülse auszubilden und ihn durch einen an dem Kolben angeordneten Zapfen beein­ flussen zu lassen, der dann in den Durchgang 15 der Hülse eindringen würde. Auch in diesem Fall würde eine Veränderung der axialen Position zu der Veränderung der Umschaltposition der Umschalteinrichtung führen.

Mittels einer Hülse 28 und zusätzlich einer Innenhülse 29, welche beide durch entsprechende Anordnung von Querbohrungen 30, 31 versehen sind, läßt sich der Umschaltpunkt ebenso verändern.

So kann beispielsweise die Außenhülse 28 mit einer Reihe von Bohrungen 30 in Bewegungsrichtung hintereinander angeordnet sein, während die Innenhülse 29 gleiche Anzahl und gleiche Bohrungsgröße in einer Spiralform angeordnet enthält.

Weiterhin ist es vorstellbar, daß sich der Durchmesser der Bohrung verändert, wobei die stufenweise Veränderung eine lineare Funktion wie auch nichtlineare Funktion aufweisen kann.

Bei geeigneter Auswahl von Lage und Größe der Bohrung wird eine gleichmäßige Verschiebung des Umschaltpunktes erreicht.

Letztlich ist auch die Innenhülse 29 frei in der Annahme verschiedener Gestalt, um die in der Außenhülse 28 einge­ brachten Querbohrungen 30 teilweise, nicht oder insgesamt alle abgedeckt werden, so daß wiederum der Umschaltpunkt verschoben wird.

Der Antrieb der Innenhülse 29 oder bei gleichem Funktions­ ergebnis der in umgekehrter Bauweise angeordneten Außenhülse 28 läßt sich erfindungsgemäß nach einer der vorher beschrie­ benen Konstruktionsmethoden aufbauen. Speziell eine nicht dargestellte Axialverschiebung wird erreicht, indem eine der Hülsen 28, 29 eine Spiralkurve erhält, in die ein Zapfen eintaucht und nun durch einfaches Drehen der Hülse 28, 29 die Axialbewegung bewirkt.

Claims (10)

1. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder, mit

• 1.1 einem längsgeschlitzten Gehäuse (1) mit einem zylindrischen Innenraum (2),
• 1.2 einem in dem Innenraum (2) längsverschieblich angeordneten Kolben (6), der
• 1.2.1 gegenüber dem Gehäuse (2) derart abgedichtet ist, daß sich zwei getrennte Druckräume (8, 9) er­ geben,
• 1.3 je mindestens einem Druckmittelanschluß (13) im Bereich jeder Stirnseite des Gehäuses (2), der
• 1.3.1 in das Innere des Gehäuses (1) führt und
• 1.3.2 als Druckmitteleinlaß und/oder Druckmittelauslaß dient, sowie
• 1.4 einer Umschalteinrichtung,
• 1.4.1 die bei Erreichen einer bestimmten Position vor dem Ende des Bewegungswegs des Kolbens (6) den Querschnitt des Druckmittelauslasses verringert,
  und
• 1.4.2 deren Umschaltposition einstellbar ist.

2. Druckmittelzylinder nach Anspruch 1, bei dem die Um­ schaltposition von außerhalb des Gehäuses (1) her ein­ stellbar ist.

3. Druckmittelzylinder nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Umschalteinrichtung bei Erreichen der Umschaltposition von zwei Druckmitteldurchgängen (15, 16) einen schließt.

4. Druckmittelzylinder nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, bei dem die Umschalteinrichtung einen in Axial­ richtung verlaufenden Zapfen (14) und eine mit diesem zusammenwirkende Bohrung (17) aufweist, wobei eines die­ ser Elemente an dem Gehäuse (2) und das andere an dem Kolben (6) angeordnet ist.

5. Druckmittelzylinder nach Anspruch 4, bei dem die axiale Position des Zapfens (14) und/oder der Bohrung (17) veränderbar ist.

6. Druckmittelzylinder nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der Zapfen (14) hohl und die Bohrung (17) ein Sackloch ist.

7. Druckmittelzylinder nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Bohrung als Durchgangsbohrung ausgebildet und der Zapfen geschlossen ist.

8. Druckmittelzylinder nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem die axiale Position des veränderbaren Elements durch ein Gewinde (21, 22, 27) veränderbar ist.

9. Druckmittelzylinder nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem die axiale Position des veränderbaren Elements mit Hilfe eines in eine Zahnreihe (25) eingreifenden Zahnrads (26) veränderbar ist.

10. Druckmittelzylinder nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, mit mehr als einer Umschaltposition zur mehrfa­ chen Veränderung des Auslaßquerschnitts.