DE102009037959A1

DE102009037959A1 - Arbeitszylinder mit vier mechanischen Stopppositionen

Info

Publication number: DE102009037959A1
Application number: DE200910037959
Authority: DE
Inventors: Klaus Sporer
Original assignee: Sporer Klaus Dipl-Ing
Current assignee: Sporer Klaus Dipl-Ing
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2009-08-18
Publication date: 2011-02-24

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder mit vier mechanischen Stopppositionen, bestehend aus einem zweigeteilten Zylindergrundkörper, sowie aus einem inneren und einem äußeren Kolben. Der innere Kolben ist entsprechend einem einfach bzw. doppelt wirkenden Zylinder mit einer Kolbenstange mit einem Anschlussgewinde auf der einen Endseite, und einem zylinderförmigen Kolbenteller auf der anderen Endseite ausgebildet. Der äußere Kolben weist eine zylinderförmige zur Zylinderhauptachse konzentrische Ausnehmung auf, an die am einen Ende ein in radialer Richtung nach innen gewandter Absatz anschließt, und die an ihrem anderen Ende eine ringförmige Ausnehmung aufweist, in die ein Begrenzungsring greift. Die in radialer Richtung nach außen gewandte Seite des äußeren Kolbens ist als ein zur Zylinderhauptachse konzentrischer Zylinder ausgebildet, der durch eine zur Zylinderhauptachse konzentrische und sich in radialer Richtung nach außen erstreckende scheibenförmige Erhebung unterbrochen wird, die sich in axialer Richtung in etwa mittig auf der Außenkontur des äußeren Zylinders befindet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder mit vier mechanischen Stopppositionen, bestehend aus einem zweigeteilten Zylindergrundkörper, sowie aus einem inneren und einem äußeren Kolben. Der innere Kolben ist entsprechend einem einfach bzw. doppelt wirkenden Zylinder mit einer Kolbenstange mit einem Anschlussgewinde auf der einen Endseite, und einem zylinderförmigen Kolbenteller auf der anderen Endseite ausgebildet. Der äußere Kolben weist eine zylinderförmige zur Zylinderhauptachse konzentrische Ausnehmung auf, an die am einen Ende ein in radialer Richtung nach innen gewandter Absatz anschließt, und die an ihrem anderen Ende eine ringförmige Ausnehmung aufweist, in die ein Begrenzungsring greift. Die in radialer Richtung nach außen gewandte Seite des äußeren Kolbens ist als ein zur Zylinderhauptachse konzentrischer Zylinder ausgebildet, der durch eine zur Zylinderhauptachse konzentrische und sich in radialer Richtung nach außen erstreckende scheibenförmige Erhebung unterbrochen wird, die sich in axialer Richtung in etwa mittig auf der Außenkontur des äußeren Zylinders befindet.
Der Zylindergrundkörper besteht aus einer hinteren und einer vorderen Hälfte. Die vordere Hälfte weist an ihrer der hinteren Hälfte zugewandten Stirnseite eine ringförmige Erhebung auf, die in eine ringförmige Ausnehmung auf der der vorderen Hälfte zugewandten Stirnseite der hinteren Hälfte greift.
Die hintere Hälfte des Zylindergrundkörpers weist eine zur Zylinderhauptachse konzentrische, zylindrische Ausnehmung in axialer Richtung auf, die sich am Ende mit einer weiteren koaxialen zylindrischen Ausnehmung fortsetzt, die einen geringeren Durchmesser, als erstere aufweist. Die dadurch entstehende senkrecht zur Zylinderhauptachse verlaufende Fläche dient als hinterer Anschlag für den äußeren Kolben.
Die vordere Hälfte des Zylindergrundkörpers weist eine der Zylinderhauptachse konzentrische zylinderförmige Ausnehmung auf, die sich auf der der hinteren Hälfte des Zylindergrundkörpers zugewandten Seite stufenförmig vergrößert.
Arbeitszylinder der gattungsgemäßen Art finden in der gesamten Technik breiten Einsatz. Dabei werden vorzugsweise Zylinder verwendet, deren Kolben sich im Wesentlichen kontinuierlich vom einen Endpunkt zum anderen Endpunkt bewegen. Jedoch werden insbesondere bei Schalt- und Stellaufgaben oftmals stabile Zwischenpositionen nötig. Vielfach werden dann mehrere seriell hintereinander geschaltete handelsübliche Einzelzylinder eingesetzt, für deren Koaxialität anhand weiterer Komponenten Sorge getragen werden muss. Dies bedingt einen erhöhten wirtschaftlichen Aufwand im Hinblick auf Anschaffungs- und Montagekosten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder bereitzustellen, mit dem auf konstruktiv einfache Weise, bis zu vier stabile mechanische Positionen erreicht werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass sich ein innerer Kolben (4) in einem äußeren Kolben (3) koaxial zwischen der einen Begrenzungsfläche (3.12) im äußeren Kolben (3) und der zweiten Begrenzungsfläche (5.11) des Begrenzungsringes (5), der durch eine ringförmige Ausnehmung (3.14) im äußeren Kolben (3) gehalten wird, bewegen kann. Der äußere Kolben (3) kann sich seinerseits koaxial zur Zylinderhauptachse (4a) zwischen der einen Begrenzungsfläche (1.14) der hinteren Hälfte (1) des Zylindergrundkörpers (11) und der anderen Begrenzungsfläche (2.14) der vorderen Hälfte (2) des Zylindergrundkörpers (11) bewegen. Damit entstehen 4 stabile Positionen, die je nach maßlicher Ausgestaltung in ihrem Abstand zueinander und zum Ausgangspunkt beeinflussbar sind.
Beide Kolben (3, 4) sind, aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Kolben (3, 4) und des Zylindergrundkörpers (11), voneinander unabhängig ansteuerbar. Dadurch kann, davon ausgehend, dass sich beide Kolben im eingefahrenen Zustand, also in der ersten stabilen Position, befinden, sich zuerst der äußere Kolben (3) von seiner hinteren Anschlagfläche (1.14) der hinteren Hälfte (1) des Zylindergrundkörpers (11) bis zu seiner vorderen Anschlagfläche (2.14) bewegt. Damit wird der innere Kolben (4) aufgrund des inneren, endseitigen Absatzes (3.12) im äußeren Kolben (3), mitbewegt. Dadurch erlangt der innere Kolben (4) seine zweite stabile Position.
Dabei werden zur Erlangung der ersten stabilen Position die Anschlussbohrungen (2.12) mit Bohrungsfortsatz (2.13) und (2.10) mit Bohrungsfortsatz (2.11) mit Druck beaufschlagt.
Zur Erlangung der zweiten stabilen Position werden die Anschlussbohrungen (2.12) mit Bohrungsfortsatz (2.13) und (1.12) mit Bohrungsfortsatz (1.13) mit Druck beaufschlagt. Aufgrund des vorgeschlagenen Verhältnisses der stirnseitigen Fläche (4.13) des Kolbentellers (4.10), und der stirnseitigen Fläche (3.10) des äußeren Kolbens (3) wird der äußere Kolben trotz der Gegenkraft, die der innere Kolben, aufgrund der Druckbeaufschlagung durch die Anschlussbohrung (2.12) auf den äußeren Kolben (3) ausübt, nach vorne bewegt. Dadurch kann für die Druckbeaufschlagung beider Kolben das gleiche Druckniveau verwendet werden.
Anschließend kann sich der innere Kolben (4) von seiner hinteren Position im äußeren Kolben (3), bis zu seiner vorderen Position im äußeren Kolben bewegen und wird dort von einem Begrenzungsring (5) gestoppt. Damit hat der innere Kolben seine dritte stabile Position erreicht. Dazu werden die Anschlussbohrungen (1.10) und (1.12) mit Druck beaufschlagt.
Eine vierte Positionsmöglichkeit zeigt sich, wenn die Stirnfläche (3.10) der scheibenförmigen Erhebung (3.15) des äußeren Kolbens (3) an der Begrenzungsfläche (1.14) der hinteren Hälfte (1) des Zylindergrundkörpers (11) anliegt und die Stirnseite (4.13) des Kolbentellers (4.10) an der Innenfläche (5.11) des Stoppringes (5) anliegt. Dazu werden die Anschlussbohrungen (2.10) und (1.10) mit Druck beaufschlagt.
Je nach Anwendungsfall und Erfordernis können somit 2, 3 oder 4 Stopppositionen angefahren werden, die in ihrer maßlichen Ausgestaltung von den Maßen X und Y variiert werden können. Zudem kann aus jeder beliebigen Stoppposition jede weitere beliebige Stoppposition erreicht werden. Es ist also nicht erforderlich, eine bestimmte Reihenfolge einzuhalten.
So kann bei einer gleichzeitigen Druckbeaufschlagung der Anschlussbohrungen (1.10) und (1.12) der Arbeitszylinder ohne Zwischenposition von der hinteren in seine vorderste Position gebracht werden. Entsprechend kann der Arbeitszylinder bei einer gleichzeitigen Druckbeaufschlagung der Anschlussbohrungen (2.10) und (2.12) ohne Zwischenposition wieder zurück in seine eingefahrene Position gebracht werden.
Die Erfindung eignet sich für pneumatische und hydraulische Arbeitszylinder, unter der Verwendung geeigneter Werkstoffe und den verschiedenen Bedürfnissen angepassten Dichtungsformen, gleichermaßen.
Die Druckräume zum Bewegen des äußeren Kolbens (3) werden durch die zylindrische Außenkontur des äußeren Kolbens einerseits und durch die zylinderförmige, in axialer Richtung in etwa mittige Vergrößerung (2.15) des Hohlraumes im Inneren des Zylindergrundkörpers (11), andererseits gebildet. Zur Abdichtung dieser Druckräume sind handelsübliche Dichtringe (7) und (8) vorgesehen, die ortsfest jeweils über eine ringförmige Ausnehmung im Zylindergrundkörper in axialer Richtung vor und nach der zylinderförmigen Vergrößerung (2.15) des Hohlraumes gehalten werden.
Wahlweise kann die Abdichtung dieser Druckräume auch über Dichtringe erfolgen, die mit ringförmigen Ausnehmungen, nahe der Endseiten, auf der Außenkontur des äußeren Kolbens gehalten werden. In diesem Fall werden die Dichtringe mit dem äußeren Kolben beim Arbeitshub mitbewegt. Vorteil dieser Ausgestaltung ist eine verbesserte Axialführung des äußeren Kolbens.
Der vordere und der hintere Druckraum für die Bewegung des äußeren Kolbens wird erfindungsgemäß über eine Dichtung (10) erreicht, die in einer ringförmigen Ausnehmung auf dem Außendurchmesser der scheibenförmigen, zylindrischen Erhebung (4.10) auf dem äußeren Kolben, vorgesehen ist. Somit bewegt sich die Dichtung bei einem Arbeitshub des äußeren Zylinders mit diesem mit.
Die Abgrenzung der Druckräume zueinander für die Bewegung des inneren Kolbens (4) erfolgt über eine Dichtung (6), die in einer ringförmigen Ausnehmung auf dem Außendurchmesser des zylindrischen Kolbentellers (4.10) auf dem inneren Kolben (4), vorgesehen ist.
Zwischen der Kolbenstange des inneren Kolbens (4) und der vorderen Hälfte (2) des Zylindergrundkörpers (11) ist eine Dichtung (9) zur Abgrenzung des inneren Druckraumes und der Umgebung vorgesehen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigt:
1 den Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Arbeitszylinders in der ersten Stoppposition.
2 den Längsschnitt des Arbeitszylinders nach 1 in der zweiten Stopposition.
3 den Längsschnitt des Arbeitszylinders in der dritten Stoppposition.
4 den Längsschnitt des Arbeitszylinders in der vierten Stoppposition.
Aus Anschaulichkeitsgründen wurde der erfindungsgemäße Arbeitszylinder unmittelbar vor seinen jeweiligen Stopppositionen dargestellt.
Die Anschlussbohrungen (1.10), (1.12), (2.10) und (2.12) wurden zur Vereinfachung der Darstellung in der Zeichnungsebene dargestellt. Sie können jedoch aus Platzgründen ebenso versetzt zu der Zeichnungsebene angeordnet sein.
Der Begrenzungsring (5) wurde in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Bohrungssicherungsring abgebildet, da dieser aus Raumgründen, wie auch aus wirtschaftlichen Gründen nächstliegend erscheint. Eine weitere Ausführungsmöglichkeit stellt das Sichern des inneren Kolbens (4) anhand einer in den äußeren Kolben (3) einschraubbare Anschlagmutter mit Außengewinde dar.

Claims

Arbeitszylinder, bestehend aus einem zweigeteilten Zylindergrundkörper, einem inneren Kolben mit Kolbenstange und einem äußeren Kolben, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Kolben (3) eine in axialer Richtung in etwa mittige, in radialer Richtung nach außen weisende, zylindrische und zur Zylinderhauptachse (4a) koaxial verlaufende Erhebung (3.15) aufweist, und der Zylindergrundkörper (11) eine zylindrische, zur Zylinderhauptachse (4a) koaxial verlaufende und in axialer Richtung in etwa mittige Ausnehmung (2.15) aufweist, deren beide Stirnseiten (1.14, 2.14) in axialer Richtung, den Hub des äußeren Kolbens begrenzen.
Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitigen Flächen (3.10, 3.11) der Erhebung (3.15) auf dem äußeren Kolben (3) jeweils in etwa um den Faktor 2 größer sind, wie die stirnseitige Fläche (4.13) des Kolbentellers (4.10) des inneren Kolbens (4).
Arbeitszylinder nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Hälfte des Zylindergrundkörpers (2) an ihrer der hinteren Hälfte (1) zugewandten Stirnseite eine ringförmige Erhebung (2.17) aufweist, die in eine ringförmige Ausnehmung (1.16) auf der der vorderen Hälfte (2) zugewandten Stirnseite der hinteren Hälfte des Zylindergrundkörpers (1), greift.
Arbeitszylinder nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitige Fläche (3.13) des äußeren Kolbens (3) zusammen mit der aus der ringförmigen Ausnehmung (3.14) herausragenden stirnseitigen Fläche (5.10) des Anschlagelementes (5) und die gegenüberliegende stirnseitige Fläche (3.16) des äußeren Kolbens (3) jeweils erheblich geringer ist, als die stirnseitige Fläche (4.13) des inneren Kolbens (4).