DE19905626A1 - Stellzylinder sowie Verfahren zum Einstellen eines Stellzylinders - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen von wenigstens zwei Stellungen einer Kolbenbaugruppe eines Stellzylinders sowie einen Stellzylinder.

In der Praxis stellt sich bei vielen Anwendungen die Aufgabe, ein Bauteil in mehreren, vorbestimmten Stellungen zu positionieren. Dazu werden elektrische Schrittmotoren oder hydraulisch/pneumatisch arbeitende Stellzylinder verwendet, die verhältnismäßig aufwendig angesteuert werden müssen, wobei die Ansteuerung einen Regelkreis erhält, innerhalb dessen eine Sollstellung mit einer Ist-Stellung verglichen wird. Dazu sind Stellungssensoren, Regelschaltungen usw. erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Möglichkeit zu schaffen, bei Verfügbarkeit einer Fluiddruckquelle mit einem vorbestimmten Fluiddruck ein Bauteil in mehrere vorbestimmte Stellungen, insbesondere mehr als zwei Stellungen, zu bewegen.

Eine Lösung der vorgenannten Aufgabe ist mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2 geschaffen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Fluiddruck zusätzlich zur Bewegung der Kolbenbaugruppe dazu verwendet, einen beweglichen Anschlagkolben zu verfahren, wobei dieser Anschlagkolben zumindest eine Stellung der Kolbenbaugruppe definiert. Mit Hilfe dieser zusätzlichen, durch den Anschlagkolben definierten Stellung können mehrere Stellungen der Kolbenbaugruppe definiert werden, beispielsweise eine Stellung, in der die Kolbenbaugruppe ohne Zuhilfenahme des Anschlagkolbens durch entsprechende Druckbeaufschlagung an einer Seite des Stellzylinders anliegt, eine andere Stellung, in der die Kolbenbaugruppe durch entsprechende Beaufschlagung des Stellzylinders mit Fluiddruck an der anderen Seite liegt und Zwischenstellungen, von denen beispielsweise bei Beaufschlagung beider Seiten des Stellzylinders wenigstens eine durch die Position des Anschlagkolbens definiert ist.

Der grundsätzliche Aufbau eines Stellzylinders, mit dem die Erfindungsaufgabe gelöst wird, ist im Anspruch 3 angegeben.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stellzylinders gerichtet, wobei mit den Merkmalen des Anspruchs 7 vier Stellungen mit nur einem verfügbaren Fluiddruck durch bloßes Umschalten der Beaufschlagung der einzelnen Anschlüsse des Stellzylinders mit Fluiddruck erzielbar sind.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 10 wird erreicht, daß die vorbestimmten Stellungen sicher angefahren und eingehalten werden, auch wenn der Fluiddruck vom Solldruck abweicht oder die Federn Toleranzen aufweisen.

Gemäß dem Anspruch 11 ist der Stellzylinder vorteilhafterweise zur Einstellung verschiedener Schaltgassen eines Schaltgetriebes einsetzbar.

Insgesamt wird mit der Erfindung eine kostengünstige und funktionssichere Möglichkeit geschaffen, unterschiedliche Stellungen anzufahren und beizubehalten, wobei lediglich ein vorbestimmtes Fluiddruckniveau erforderlich ist und dieses Fluiddruckniveau innerhalb vorbestimmter Grenzenschwanken kann, ohne daß dies Einfluß auf die angefahrenen Stellungen hat. Der Stellzylinder kann hydraulisch oder pneumatisch arbeiten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 bis 4 Querschnitte durch einen Stellzylinder mit vier verschiedenen Stellungen einer Kolbenbaugruppe und

Fig. 5 bis 8 einen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 4 ähnlichen Stellzylinder in vier verschiedenen Stellungen der Kolbenbaugruppe und in seinem Zusammenwirken mit einem Betätigungsglied eines Schaltgetriebes.

Gemäß Fig. 1 weist ein Stellzylinder ein mehrteiliges Gehäuse 10 auf, in dem eine Kolbenbaugruppe 12 arbeitet. Die Kolbenbaugruppe 12 weist einen ersten Kolben 14 auf, der innerhalb einer in das Gehäuse 10 eingesetzten Zylinderbuchse 16 arbeitet und von einer Arbeitskammer 18 her mit Druck beaufschlagbar ist. Ein eingesetzter Ring bildet einen Anschlag 19, der die Bewegbarkeit der Kolbenbaugruppe gemäß der Figur nach links begrenzt. Die Arbeitskammer 18 ist über einen Anschluß 20 mit einem Ventil 22 verbunden, über das sie wahlweise mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit 24 oder druckloser Hydraulikflüssigkeit 26 beaufschlagbar ist.

Die Kolbenbaugruppe 12 weist einen zweiten Kolben 28 auf, der mit dem ersten Kolben 14 über einen starren Schaft 30 verbunden ist. Der zweite Kolben 28 arbeitet innerhalb eines in dem Gehäuse 10 geführten, hohlzylindrischen Anschlagkolbens 32, dessen Funktion weiter unten erläutert wird.

Gemäß Fig. 1 von rechts her wirkt mit dem Anschlagkolben 32 und dem zweiten Kolben 28 ein Mitnehmer 34 zusammen, an dem sich eine Schraubenfeder 36 abstützt, deren anderes Ende sich am Boden einer zweiten Arbeitskammer 38 abstützt, von der her der zweite Kolben 28 und der Anschlagkolben 32 mit Druck beaufschlagbar sind. Die zweite Arbeitskammer 38 weist einen Anschluß 40 auf, der über ein Ventil 42 wahlweise mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit oder druckloser Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist.

Die Schraubenfeder 37 ist bezogen auf ihre Verformung schwächer als eine weitere Schraubenfeder 44, die in der ersten Arbeitskammer 18 den ersten Kolben 14 abstützt. Der wirksame Durchmesser des ersten Kolbens 14 ist größer als der des zweiten Kolbens 28.

Der Anschlagkolben 32 ist zwischen zwei, durch das Gehäuse 10 gebildete Anschlägen 46 und 48 hin- und herbewegbar, wobei der Anschlag 46 derart dimensioniert ist, daß sich ein am Schaft 30 der Kolbenbaugruppe 12 ausgebildeter Bund 50 durch ihn hindurch in Anlage an den Anschlagkolben 32 bewegen kann.

Die wirksamen Flächen der Kolben 14, 28 und 32 und die Stärken der Federn 37 und 44 sind derart auf einen mit der Hydraulikdruckquelle 24 erzeugbaren Solldruck abgestimmt, daß je nach Druckbeaufschlagung der Anschlüsse 20 und 40 bzw. der ersten Arbeitskammer 18 und der zweiten Arbeitskammer 38 die im folgenden erläuterten vier Stellungen der Kolbenbaugruppe 12 erzielbar sind:
Erste Stellung: Beaufschlagung nur des Anschlusses 40 mit dem Hydraulikdruck (Anschluß 20 drucklos):
Der Druck in der zweiten Arbeitskammer 32 verschiebt zusammen mit der Kraft der Schraubenfeder 36 den Anschlagkolben 32 in Anlage an den Anschlag 46 und die Kolbenbaugruppe 12 nach links gegen den Anschlag 19, wobei die Feder 44 entsprechend zusammengedrückt wird. Das Kräftegleichgewicht zwischen der Feder 44 einerseits und der Feder 36 sowie mit dem Hydraulikdruck andererseits führt dazu, daß der erste Kolben 14 mit einer deutlichen Anlagekraft an dem Anschlag 52 anliegt, so daß diese erste bzw. linke Endanschlagstellung auch dann beibehalten wird, wenn der Hydraulikdruck infolge von Hystereseeffekten unter oder über dem Solldruck liegt.

In den Fig. 2 bis 4 sind nur die zur Erläuterung wesentlichen Teile mit Bezugszeichen belegt.

Zweite Stellung: beide Anschlüsse 20 und 40 drucklos.

Es stellt sich eine durch die Kräfte der Federn 44 und 36 sowie die Lage des gehäusefesten Anschlags 46 definierte Ruhestellung ein. Die Feder 36 drückt den zweiten Kolben 28 zusammen mit dem Anschlagkolben 32 gegen die Kraft der Feder 44 soweit nach links, bis der Anschlagkolben 32 am Anschlag 46 anliegt. Eine weitere Bewegung der Kolbenbaugruppe 12 nach links ist infolge des am Anschlagkolben 32 anliegenden Mitnehmers 34 nicht möglich. In der in Fig. 2 dargestellten Ruhestellung übersteigt die Kraft der Feder 36 die Kraft der Feder 44 deutlich, so daß die Ruhestellung unter Vorspannung bzw. vorgegebener Anlagekraft wohl definiert angefahren und erreicht wird, selbst wenn sich die Elastizitäten der Federn etwas ändern oder der Hydraulikdruck in den Arbeitskam­ mer nicht voll auf Null zurückgeht.

Dritte Stellung: beide Anschlüsse 20 und 40 mit Hydraulikdruck beaufschlagt.

Fig. 3 zeigt den Zustand, in dem beide Anschlüsse 20 und 40 mit Hydraulikdruck beaufschlagt sind. Unter Bewirkung des Hydraulikmitteldruckes in der Arbeitskammer 38 ist der Anschlagkolben 32 in Anlage am Anschlag 46. Unter der Wirkung des Hydraulikdrucks in der Arbeitskammer 18 und mit Unterstützung durch die Feder 44 bewegt sich die Kolbenbaugruppe 12 unter Mitnahme des Mitnehmers 34 durch den Kolben 28 und gegen die Kraft der Feder 36 nach rechts, bis der Bund 50 in Anlage an den Mitnehmerkolben 34 kommt. Diese dritte Stellung ist somit durch die Anlage des Anschlagkolbens 32 am Anschlag 46 bestimmt, wobei diese Anlagekraft größer ist als die Anlagekraft, mit der der Bund 50 an dem Anschlagkolben 32 anliegt. Wiederum ist die dritte Stellung, die gegen­ über der zweiten Stellung gemäß Fig. 2 leicht nach rechts versetzt ist, wohl definiert und wird auch bei Abweichungen des Drucks in den Arbeitskammern vom Solldruck beibehalten.

Vierte Stellung: Anschluß 20 druckbeaufschlagt; Anschluß 40 drucklos.

Fig. 4 zeigt die vierte Stellung der Kolbenbaugruppe 12, in der nur die linke Ar­ beitskammer 18 druckbeaufschlagt ist. Durch den Druck in der Arbeitskammer 18 wird die Kolbenbaugruppe 12 gegen die Kraft der Feder 36 nach rechts bewegt, wobei der Bund 50 den Anschlagkolben 32 mitnimmt, bis dieser an dem gehäuse­ festen Anschlag 48 anliegt. Dabei kann die Schraubenfeder 44 unwirksam werden, da sie auf größtmögliche Länge gedehnt ist. Wiederum ist die Stellung mit einer deutlichen Anlagekraft am Anschlag 48 verbunden, so daß Schwankungen des Hydraulikdrucks in der ersten Arbeitskammer oder ein Restdruck in der drucklosen zweiten Arbeitskammer 38 die Stellung der Kolbenbaugruppe 12 nicht beeinflussen.

Zusammenfassend werden, wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, durch das Zusammenwirken der wahlweise mit Druck beaufschlagten Kolben 14, 28 und 32, der Federn 36 und 44, der Funktion des Mitnehmers 34 sowie der Positionierung der Anschläge 19, 46 und 48 vier wohl definierte Stellungen der Kolbenbaugruppe 12 erreicht, die gegenüber Toleranzen der Federkräfte und des Hydraulikdruckes weitgehend unempfindlich sind und in einfacher Weise durch entsprechende Schaltung der Ventile 22 und 42 angefahren werden können. Unter Anwendung einer Zeitfunktion, die die Zeitdauern ermittelt, die zwischen dem Umschalten der Ventile 22 und 42 und dem Erreichen der jeweiligen Stellung der Baugruppe 12 vergeht, kann auf Positionsmessungen der Kolbenbaugruppe 12 vollständig verzichtet werden und davon ausgegangen werden, daß die Kolbenbaugruppe jeweils nach Ablauf der ermittelten Zeitdauern nach der Umstellung der Ventile die vorbestimmten Stellungen einnimmt.

Die Fig. 5 und 8 zeigen einen Stellzylinder, der mit Ausnahme seines mittleren Gehäuseteils 60 dem Stellzylinder der Fig. 1 bis 4 entspricht, in seinem Zusammenwirken mit einem Schaltgetriebe. Funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen belegt (nur in Fig. 6 eingetragen). Die Stellungen der Fig. 5, 6, 7 und 8 entsprechen den Stellungen der Fig. 1, 2, 3 und 4, so daß das Erreichen dieser Stellungen nicht nochmals beschrieben wird.

Mit dem Schaft 30 der Kolbenbaugruppe 12 ist über einen Zapfen 62 ein Betätigungsglied 64 für das Verdrehen einer zu einem nicht dargestellten Schaltgetriebe gehörenden Welle 66 verbunden. Die Drehstellung der Welle 66 bestimmt die Schaltgassen in der sich das Schaltgetriebe befindet. Bei dem Getriebe handelt es sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel um ein Getriebe mit vier Schaltgassen, wobei in Fig. 5 die den fünften Gang entsprechende Schaltgasse eingenommen wird, in Fig. 6 die der Schaltung des dritten und vierten Ganges entsprechende Stellung eingenommen wird, in Fig. 7 die den Gängen 1 und 2 entsprechende Schaltgasse eingenommen wird und in Fig. 8 die dem Rückwärtsgang entsprechende Stellung eingenommen wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Stellzylinder kann somit in außerordentlich präziser und kostengünstiger Weise eine Einstellung der Schaltgassen eines automatisierten Schaltgetriebes erfolgen.

Der erfindungsgemäße Stellzylinder ist in vielfältiger Weise abwandelbar, indem beispielsweise weitere Federn und Anschlagkolben vorgesehenwerden, unterschiedliche Dimensionierungen gewählt werden, die Anschläge anders angeordnet werden, der oder die Anschlagkolben mit eigenen Drehanschlüssen und Federn versehen werden usw. . In jedem Fall lassen sich durch Umschalten von Anschlüssen bzw. Arbeitskammern zwischen einem Druckniveau und Drucklosigkeit vorbestimmte Stellungen mit vorgegebener Anlagekraft anfahren, so daß Unempfindlichkeit gegenüber Druckschwankungen oder Federtoleranzen gegeben ist.

Ein Stellzylinder enthält ein Gehäuse mit wenigstens zwei über Anschlüsse mit Fluiddruck beaufschlagbaren Arbeitskammern, in denen gegensinnig Kolben einer Kolbenbaugruppe mit unterschiedlich großen Flächen arbeiten. In dem Gehäuse ist ein Anschlagkolben beweglich, der bei Beaufschlagung mit Fluiddruck in Anlage an einen gehäusefesten Anschlag bewegbar ist. Die Dimensionierung der wirksamen Kolbenflächen ist derart, daß die Kolbenbaugruppe 12 bei Beaufschlagung der Arbeitskammern 18, 38 und des Anschlagkolbens 32 mit Fluiddruck in Anlage an den am Anschlag 40 befindlichen Anschlagkolben 32 bewegt ist, und bei Beaufschlagung jeweils nur des einen oder des anderen der Arbeitskammern in Anlage an andere gehäusefeste Anschläge bewegt ist. Durch zweckentsprechende Dimensionierungen der wirksamen Flächen der Kolben 14, 28, 32 und von mit der Kolbenbaugruppe 12 zusammenwirkende Federn 36, 44 sowie geeignete Positionierung von weiteren Anschlägen 19, 48 läßt sich die Kolbenbaugruppe 12 in unterschiedliche, wohl definierte und von Druckschwan­ kungen unabhängige Stellungen bewegen.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor­ schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rück­ bezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Erfindung ist auch nicht auf das (die) Ausführungsbeispiel (e) der Beschrei­ bung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abände­ rungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrens­ schritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims (11)

1. Verfahren zum Einstellen von wenigstens zwei Stellungen einer Kolbenbaugruppe eines Stellzylinders mit mehreren Anschlüssen, gekennzeichnet durch seine besonderer Wirkungsweise und Ausgestaltung entsprechend den vorliegenden Anmeldungsunterlagen.

2. Verfahren zum Einstellen von wenigstens zwei Stellungen einer Kolben­ baugruppe eines Stellzylinders mit mehreren Anschlüssen, die wahlweise mit einem innerhalb vorbestimmter Grenzen variierenden Fluiddruck beaufschlagbar oder drucklos sind, bei welchem Verfahren innerhalb des Stellzylinders durch Beaufschlagung mit dem Fluiddruck ein Anschlagkolben gegen einen gehäusefesten Anschlag bewegbar ist, welcher Anschlagkolben einen Anschlag für die Kolbenbaugruppe bildet,wobei die Kolbenbaugruppe abhängig von der Beaufschlagung der Anschlüsse mit Fluiddruck oder Drucklosigkeit in Anlage an den durch Fluiddruck in Anlage an den Anschlag bewegten Anschlagkolben bewegt wird, wodurch eine Stellung der Kolbenbaugruppe definiert ist, und die Kolbenbaugruppe bei geänderter Beaufschlagung der Anschlüsse mit Fluiddruck unter Verschieben des Anschlagkolbens in eine durch einen anderen gehäusefesten Anschlag definierte Stellung bewegt wird.

3. Stellzylinder, enthaltend ein Gehäuse mit wenigstens zwei über Anschlüsse mit Fluiddruck beaufschlagbaren Arbeitskammern in denen gegensinnig Kolben einer Kolbenbaugruppe mit unterschiedlich großen wirksamen Flächenarbeiten, und einem in dem Gehäuse beweglichen Anschlagkolben, der bei Beaufschlagung mit Fluiddruck in Anlage an einen gehäusefesten Anschlag bewegbar ist, wobei die Dimensionierung der wirksamen Kolbenflächen derart ist, daß die Kolbenbaugruppe bei Beaufschlagung der Arbeitskammern und des Anschlagkolbens mit Fluiddruck in Anlage an den in Anlage an den gehäusefesten Anschlag befindlichen Anschlagkolben bewegt ist, und bei Beaufschlagung jeweils nur der einen oder der anderen der Arbeitskammern in Anlage an andere gehäusefeste Anschläge bewegt ist.

4. Stellzylinder insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagkolben an dieselbe Arbeitskammer angrenzt wie der mit kleinerer wirksamer Fläche ausgebildete Kolben der Kolbenbaugruppe.

5. Stellzylinder insbesondere nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenbaugruppe von beiden Seiten her mit Federn beaufschlagt ist, wobei eine Ruhestellung der Kolbenbaugruppe bei drucklosen Arbeitskammern einen gehäusefesten Anschlag definiert ist, an dem die Kolbenbaugruppe unter Einwirkung der Feder mit einer vorgegebenen Anlagekraft anliegt.

6. Stellzylinder insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kolbenbaugruppe in Richtung einer Vergrößerung der dem Kolben mit kleinerer wirksamer Fläche zugeordneten Arbeitskammern drängende Feder auch am Anschlagkolben angreift.

7. Stellzylinder insbesondere nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenbaugruppe in vier Stellungen bewegbar ist, eine erste Stellung, in der die Kolbenbaugruppe durch Beauf­ schlagung der dem Kolben mit kleinerer wirksamer Fläche zugeordneten Arbeitskammer mit Fluiddruck in Anlage an einen gehäusefesten Anschlag bewegt ist, eine zweite Stellung, die die bei drucklosen Arbeitskammern angefahrene Ruhestellung der Kolbenbaugruppe ist, eine dritte Stellung, in der bei mit Fluiddruck beaufschlagten Arbeitskammern ein an der Kolbenbaugruppe ausgebildeter Bund an dem druckbeaufschlagten Anschlagkolben anliegt, und eine vierte Stellung, in der die Kolbenbaugruppe durch Beaufschlagung der dem Kolben mit größerer wirksamer Fläche zugeordneten Arbeitskammer mit Fluiddruck unter Mitnahme des Anschlagkolbens in Anlage an einen zweiten gehäusefesten Anschlag bewegt ist.

8. Stellzylinder insbesondere nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagkolben ein Hohlzylinder ist, dessen Außenfläche in dem Gehäuse und in dessen Innenfläche der Kolben der Kolbenbaugruppe mit der kleineren wirksamen Fläche geführt ist, und daß die dem Anschlagkolben und dem Kolben mit kleinerem wirksamen Durchmesser zugeordnete Feder an einem den Kolben mit kleinerer wirksamer Fläche und den Anschlagkolben mitnehmenden Mitnehmer angreift, wobei die Feder den Anschlagkolben in der Ruhestellung der Kolbenbaugruppe in Anlage an seinen Anschlag bewegt.

9. Stellzylinder insbesondere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenbaugruppe gegen die Kraft der dem Kolben mit kleinerem wirksamen Durchmesser zugeordneten Feder unter Entfernen des Mitnehmers vom Anschlagkolben in die dritte Stellung bewegt ist.

10. Stellzylinder insbesondere nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Flächen der Kolben und die Federn derart dimensioniert sind, daß bei Einhaltung eines Fluidsolldrucks die Anlagen an den Anschlägen mit vorbestimmten Anschlagkräften erfolgen.

11. Stellzylinder insbesondere nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenbaugruppe mit einem Betätigungsglied eines Schaltgetriebes mit mehreren Schaltgassen in Eingriff ist, das die Schaltgassenstellung des Getriebes bestimmt.