DE20021520U1 - Druckmediumsbetätigter Arbeitszylinder - Google Patents

Description

IMI NORGREN. Brückstr. 93. 46519 Alpen Druckmediumsbetätiater Arbeitszylinder

Die Erfindung betrifft einen druckmediumsbetätigten Arbeitszylinder mit einem in einem Zylinderraum zwischen zwei Endstellungen längsverschieblich gelagerten Kolben, mit zwei den Zylinderraum endseitig verschließenden Endteilen, die Einrichtungen zur Zu- und Ableitung von Druckmedium aufweisen, mit einer mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange, die durch zumindest eines der Endteile abgedichtet durchgeführt ist und mit einer Einrichtung zum Dämpfen der Bewegung des Kolbens bei der Annäherung an seine jeweilige Endstellung, wobei diese Einrichtung auf der dem jeweiligen Endteil zugewandten Seite einen Dämpfungszapfen und eine diesem zugeordnete Aufnahmeöffnung aufweist, die mit der jeweiligen Einrichtung zur Zu- und Ableitung von Druckmedium in Verbindung steht und in die der Dämpfungszapfen bei der Annäherung an die Endstellung eintaucht.

Konten: Deutsche Bank AG, Filiale Esslingen 304 014 (BLZ 611 700 76) ■ Postbank Stuttgart 6245*1-700 (BLZ 600 100 70)

Bei einem aus der EP O 735 280 bekannten Arbeitszylinder mit diesen Merkmalen ist an dem Kolben auf den beiden einander gegenüberliegenden Kolbenstirnseiten jeweils eine zu der Kolbenstange koaxiale Dämpfungsbuchse angeordnet. Jeder Dämpfungsbuchse ist in dem ihr benachbarten Endteil eine koaxiale Aufnahmeöffnung zugeordnet, an die sich eine Art Sackbohrung anschließt, die vollständig in dem Endteil aufgenommen ist und mit einem Druckmediumzu- und -abfuhrkanal in dem Endteil in Verbindung steht. Das Abbremsen des Kolbens am Hubende, d.h. bei der Annäherung an die Endstellung geschieht dadurch, dass der Durchflussquerschnitt für das aus dem sich verkleinernden Abschnitt des Zylinderraums abströmende Druckmedium durch das Eintauchen der Dämpfungsbuchse in die Aufnahmeöffnung stark verringert wird. Da die Dämpfungsbuchsen eine gewisse axiale Länge aufweisen müssen und bei in der jeweiligen Endstellung stehendem Kolben ganz in dem zugeordneten Endteil aufgenommen sind, so dass der Kolben im Wesentlichen an dem Endteil anliegt, wird durch diese Dämpfungsbuchsen das Einbaumass des Arbeitszylinders verlängert. Dies gilt um so mehr als bei dem bekannten Arbeitszylinder in den Endteilen jeweils zusätzlich noch ein Rückschlagventil angeordnet ist, das mit einer Verlängerung seines Ventilkörpers in den Zylinderraum ragt und dazu dient, beim Ausfahren des Kolbens aus seiner Endstellung die Druckmediumsfüllung des sich nunmehr vergrößernden Zylinderraumabschnittes rasch vonstatten gehen zu lassen. Bei bestimmten Anwendungsfällen, bei denen es darauf ankommt, dass der Arbeitszylinder möglichst kurz baut, ist der bekannte Arbeitszylinder nicht einsetzbar.

Andere Lösungen für Arbeitszylinder mit Endstellungsdämpfung des Kolbens sind in der EP 1 041 2 93 A2 und in der US-A 3,136,225 beschrieben. Dem Kolben dieser Arbeitszylin-

-2-

• · I

der ist ein mit einer Kegelfeder abgestütztes Ventilelement vorgelagert, dass das Abströmen des Druckmediums aus dem sich verkleinernden Zylinderraumabschnitt vor Erreichen des Hubendes drosselt. Diese Konstruktionen von Arbeitszylindern bedingen aber, z.B. aus Stabilitätsgründen, verhältnismäßig dicke Kolbenstangen, abgesehen davon, dass sie verhältnismäßig aufwendig und teuer sind.

Ausgehend von diesem Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Arbeitszylinder mit Endstellungsdämpfung des Kolbens zu schaffen, der sich bei einfachem betriebssicheren Aufbau durch eine kurze Baulänge auszeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der eingangs genannte Arbeitszylinder die Merkmale des Schutzanspruchs 1 auf.

Bei diesem Arbeitszylinder sind der jeweilige Dämpfungszapfen und die diesem zugeordnete Aufnahmeöffnung exzentrisch seitlich neben der Kolbenstange angeordnet, wobei die Aufnahmeöffnung in einem von dem jeweiligen Endteil oder von dem Kolben in den Zylinderraum vorragenden Teil mündet, dem auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens oder des Endteils eine entsprechende Vertiefung zugeordnet ist. Um zu gewährleisten, dass der Dämpfungszapfen beim Einfahren des Kolbens in seine jeweilige Endstellung auch sicher in die Aufnahmeöffnung findet, ist dem Kolben eine Verdrehsicherung zugeordnet.

Dadurch dass der Dämpfungszapfen mit seiner zugeordneten Aufnahmeöffnung sich seitlich neben der Kolbenstange befindet, sind die Anordnung des Dämpfungszapfens und der diesen umschließenden Vertiefung unabhängig von der Befes-

-3-

tigung der Kolbenstange an dem Kolben. Die in den Zylinderraum hinein verlagerte Aufnahmeöffnung für den Dämpfungszapfen erlaubt es dabei, eine sehr kurze Baulänge des Arbeitszylinders zu erzielen, ohne dass dadurch die Endstellungsdämpfung des Kolbens in ihrer Wirksamkeit beeinträchtigt würde.

Um beim Ausfahren des Kolbens aus seiner Endstellung eine rasche Füllung des sich vergrößernden Abschnittes des Zylinderraumes und damit eine schnelle Kolbenbewegung zu erzielen, kann in dem jeweiligen Endteil eine mit den Einrichtungen zur Zu- und Ableitung von Druckmedium in Verbindung stehendes Rückschlagventil mit in den Zylinderraum gerichteter Durchflussrichtung angeordnet sein, das im Wesentlichen ohne in den Zylinderraum ragende Teile ausgebildet ist. Dieses Rückschlagventil ist mit Vorteil flachbauend mit einer Lippendichtung auf der dem Zylinderraum zugewandten Seite gestaltet.

In der Aufnahmeöffnung sind in der Regel Dichtungsmittel angeordnet, durch die der eintauchende Dämpfungszapfen in zumindest einer Strömungsrichtung abdichtbar ist, wodurch eine sehr wirksame Endstellungsdämpfung erzielbar ist. Im Übrigen können die Endteile mit den Einrichtungen zur Zu- und Ableitung von Druckmedium in Verbindung stehende Kanalmittel enthalten, die in den Zylinderraum münden und denen dem Druckmediumsdurchtritt beeinflussende Drosselmittel zugeordnet sind, die gegebenenfalls einstellbar sind. Über diese Kanalmittel wird beim Einfahren des Kolbens in die jeweilige Endstellung nach dem Eintauchen des Dämpfungszapfens in die zugeordnete Aufnahmeöffnung das die Kolbendämpfung bewirkende Druckmedium gedrosselt abströmen lassen, so dass der Kolben schließlich seine Endstellung

-4-

ganz erreichen kann.

Die Verdrehsicherung des Kolbens kann in der Weise ausgebildet sein, dass sie wenigstens eine achsparallele, den Zylinderraum durchquerende Stange aufweist, gegen die der Kolben abgedichtet ist und die in der Regel in den Endteilen fixiert ist. Grundsätzlich kann die Verdrehsicherung des Kolbens aber auch auf andere Weise erzielt werden, bspw. durch eine Konstruktion mit einer nichtkreiszylindrischen Querschnittsgestalt der Kolbenstange und/oder des Kolbens und deren bzw. dessen Führung in dem jeweiligen Endteil bzw. in dem den Zylinderraum umschließenden rohrförmigen Körper.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

Fig. 1 einen Arbeitszylinder gemäß der Erfindung, im axialen Schnitt in eine Seitenansicht, unter Veranschaulichung des Zustands beim Einfahren der Kolbenstange in den Zylinderraum, kurz vor Erreichen der Endstellung,

Fig. 2 den Arbeitszylinder nach Fig. 1, geschnitten längs der Linie II-II der Fig. 1, in einer Draufsicht auf das zugeordnete Endteil,

Fig. 3 den Arbeitszylinder nach Fig. 1, geschnitten längs der Linie III-III der Figur 1, in einer Draufsicht auf die Kolbenoberseite und

Fig. 4

den Arbeitszylinder nach Fig. 1 in einer entspre-

-5-

chenden Schnittdarstellung; unter Veranschaulichung des Zustands bei vollständig in die Endstellung eingefahrenem Kolben

Der in der Zeichnung dargestellte Arbeitszylinder weist zwei in Gestalt rechteckiger Platten ausgebildete Endteile 1, 2 auf, die jeweils abgedichtet mit einem sich dazwischen erstreckenden Zylinderrohr 3 verbunden sind, das gemeinsam mit den Endteilen 1, 2 einen Zylinderraum 4 begrenzt. In dem Zylinderraum 4 ist ein randseitig bei 5 gegen das Zylinderrohr 3 abgedichteter, kreiszylindrischer Kolben 6 längsverschieblich gelagert, der mit einer koaxialen Zylinderstange 7 starr verbunden ist. Die kreiszylindrische Zylinderstange 7 ist durch eine entsprechende Öffnung 8 des Endteiles 1 nach außen geführt und durch eine Dichtung 9 gegen das Endteil 1 abgedichtet. Eine die Bohrung 9 begrenzende Lagerbüchse ist mit 10 bezeichnet. Die beiden Endteile sind über vier gleichmäßig rings um die Achse 11 der Kolbenstange 7 und des Kolbens &bgr; verteilt angeordnete Zuganker 12 gegeneinander verspannt.

In den beiden Endteilen 1, 2 ist jeweils ein mit einem Gewindeanschluss 13 für eine nicht dargestellte Druckmediumsleitung versehener, einenends verschlossener Druckmediumszu- und -ableitungskanal 14 ausgebildet, der mit einer zu der Achse 11 achsparallelen zylindrischen Ausnehmung 15 in Verbindung steht, die auf der einen Seite bei 16 verschlossen ist und auf der anderen Seite in eine zylindrische Aufnahmeöffnung 17 mündet, die in dem Zylinderraum 4 liegt. Die Aufnahmeöffnung 17 ist in einem zylindrischen rohrförmigen Gehäuse 18 ausgebildet, das koaxial zu der Achse 19 der Ausnehmung 15 in eine entsprechende Boh-

-6-

rung des Endteiles 1 bzw. 2 abgedichtet eingefügt ist. Das Gehäuse 18 ragt über die dem Zylinderraum 4 zugewandte Innenseite des Endteils 1 bzw. 2 axial vor, so dass die Aufnahmeöffnung 17 von dem Endteil 1 bzw. 2 axial beabstandet ist. In das Gehäuse 18 ist ein zylindrischer Dichtring 20 eingesetzt, der in einer entsprechenden Ringnut 21 des Gehäuses 18 aufgenommen ist. Axial zu der Aufnahmeöffnung 17 ist an dem Kolben 6 eine bspw. aus Kunststoff bestehenden zylindrische Dämpfungsbuchse 22 befestigt, die über die dem benachbarten Endteil 1 bzw. 2 zugewandte Stirnseite des Kolbens 6 vorstehend in eine entsprechende Aufnahmebohrung 23 des Kolbens 6 abgedichtet eingesetzt ist, so dass sie endseitig verschlossen ist. Anstelle der Dämpfungsbuchse könnte allgemein auch ein ggfs. massiver, vorzugsweise zylindrischer Zapfen verwendet werden. An ihrem der hier koaxialen Aufnahmeöffnung 17 zugewandten Ende ist die Dämpfungsbuchse 22 außen mit einer kegelförmigen Anfasung 24 ausgebildet.

Koaxial zu der Dämpfungsbuchse 22 ist in dem Kolben 6 eine zylindrische Vertiefung 25 vorhanden, deren Durchmesser etwas größer ist als der des Gehäuses 18 ist und die so bemessen ist, dass sie bei an dem jeweiligen Endteil 1 bzw. 2 anliegendem Kolben 6 das jeweilige Gehäuse 18 vollständig aufnimmt, wie dies aus Figur 2 zu entnehmen ist.

Insbesondere die Figuren 2, 3 zeigen, dass die Dämpfungsbüchse 22 und die in dem Gehäuse 18 ausgebildete Aufnahmeöffnung 17 mit ihrer Achse 19 exzentrisch zu der Achse 11 der Kolbenstange 7 und des Kolbens 6 in einem solchen seitlichen Abstand von der Achse 11 angeordnet sind, dass die Dämpfungsbuchse 22 und die sie umgebende ringförmige Vertiefung 25 von der Kolbenstange 7 und einem diese mit

-7-

dem Kolben 6 abgedichtet verbindenden koaxialen Befestigungszapfen 26 entfernt sind. Die Dimensionierung der Kolbenstange 7 und deren Befestigung an dem Kolben 6 sind somit durch die Dämpfungsbuchsen 22 und die Gehäuse 18 nicht beeinflusst.

Um sicherzustellen, dass die Dämpfungsbuchse 22 bei der Annäherung des Kolbens 6 an das jeweilige Endteil 1 oder 2 sicher in die Aufnahmeöffnung 17 findet, ist dem Kolben 6 eine Verdrehsicherung zugeordnet, die eine zu der Kolbenstange 7 achsparallele zylindrische Stange 27 aufweist, welche endseitig in den beiden Endteilen 1, 2 fixiert ist und den Zylinderraum 4 durchquert. Die seitlich neben der Kolbenstange 11 angeordnete Stange 27 durchdringt den Kolben 6, der zu diesem Zweck eine Durchgangsbohrung aufweist, in die ein Lagergehäuse 29 eingesetzt ist, in dem sich zwei Dichtringe 30 befinden, die den Kolben 6 gegen die Stange 27 abdichten.

Die Verdrehsicherung des Kolbens 6 mittels der Stange 27 ist nur eine Ausführungsmöglichkeit. Grundsätzlich kann die Verdrehsicherung in jeder an sich bekannten Weise gestaltet sein. Eine andere Möglichkeit besteht z.B. darin, die Kolbenstange 7 und/oder den Kolben 6 im Querschnitt unrund, etwa nach Art eines sogenannten K-Profils auszubilden, um nur eine weitere Ausführungsmöglichkeit zu erwähnen. Der im Querschnitt unrund ausgeführten Kolbenstange 7 und/oder dem Kolben 6 sind dann entsprechend unrund gestaltete Führungsflächen an der Lagerbuchse 8 und/oder dem Zylinderrohr 3 zugeordnet.

In jedem der beiden Endstücke 1, 2 ist ein den Druckmediumszu- und -ableitungskanal 14 mit dem Zylinder-

raum 4 verbindender, parallel zu der Aufnahmeöffnung 17 liegender Druckmediumsabströmkanal 30 ausgebildet, der ein von der Außenseite her verstellbares Drosselorgan 31 enthält, das es erlaubt den Durchflussquerschnitt des Abströmkanals 30 zu verkleinern, d.h. zu drosseln.

Schließlich ist in jedem der beiden Endteile 1, 2 noch ein Rückschlagventil 32 vorgesehen, das in einem Strömungskanal 33 zwischen dem Druckmediumszu- und -ableitungskanal 14 und dem Zylinderraum 4 liegt und dessen Durchflussrichtung zu dem Kolbenraum 4 hin gerichtet ist. Das Rückschlagventil 32 ist, wie insbesondere aus den Figuren 1, 2 zu ersehen, flachbauend ausgebildet. Es enthält ein flaches, scheibenförmiges Dichtelement 34 mit außenliegender Lippendichtung und weist keine über die dem Zylinderraum 4 zugewandte Oberfläche des Endteils 1 oder 2 vorstehenden Teile auf.

Der insoweit beschriebene Arbeitszylinder wirkt wie folgt:

Beispielsweise beim Einfahren der Kolbenstange 7 in den Arbeitszylinder ist der in Fig. 1 oberhalb des Kolbens 6 liegende Abschnitt des Zylinderraums 4 über den Druckmediums zu- und -ableitungskanal 14 in dem Endteil 1 mit Druckmedium beaufschlagt. Die Druckmediumszu- und -abfuhrleitung 14, die in den unter dem Kolben 6 liegenden Abschnitt des Zylinderraums 4 führt, ist entlüftet. Das Druckmedium strömt zunächst insbesondere durch die Aufnahmeöffnung 17 und den Druckmediumszu- und -ableitungskanal 14 ab. Mit der Annäherung der Dämpfungsbuchse 22 an die Aufnahmeöffnung 17 wird der sich zwischen der Aufnahmeöffnung 17 und der Dämpfungsbuchse 22 ausbildende Ringspalt

-9-

zunehmend verkleinert, so dass auch der Druckmediumsabfluss aus dem unterhalb des Kolbens 6 liegenden Abschnitt des Zylinderraums 4 zunehmend gedrosselt wird bis die Dämpfungsbuchse 22 in den Dichtring 20 einfährt und damit die Aufnahmeöffnung 17 vollständig verschließt. Druckmedium kann damit nur noch über den Abströmkanal 30 abströmen, dessen Durchflussquerschnitt durch das Drosselelement zweckentsprechend verkleinert ist. Die so eingestellte Drosselströmung des abströmenden Druckmediums bestimmt die Geschwindigkeit mit der der Kolben 6 in seine Endstellung nach Fig. 2 einfährt, in der der Kolben 7 an dem Endteil 2 anliegt.

Figur 2 zeigt, dass in der Kolbenendstellung das die Aufnahmeöffnung 17 enthaltende Gehäuse 18 vollständig in der Vertiefung 25 des Kolbens 6 aufgenommen ist, während das die beiden Dichtringe 30 enthaltende Lagergehäuse 29 in eine entsprechend gestaltete, zugeordnete Aussparung 35 des Endteiles 2 eingetaucht ist. Die Dämpfungsbuchse 22 ist vollständig in dem Gehäuse 18 und in der Ausnehmung 15 aufgenommen. Ersichtlicherweise hat die aus den Elementen bis 22 bestehende Dämpfungseinrichtung keinen zusätzlichen Platzbedarf in Axialrichtung der Kolbenstange mit der Folge, dass der Arbeitszylinder insgesamt sich durch eine sehr kurze Einbaulänge auszeichnet.

Soll nun der Kolben 6 aus seiner Endstellung nach Figur 2 wieder heraus bewegt werden, so wird der Druckmediumszu- und -ableitungskanal 14 des Endteils 2 mit Druckmedium versorgt. Damit wird der als Lippendichtung ausgebildete Dichtring 20 entgegen der Dichtrichtung mit Druckmedium beaufschlagt und rings um die Dämpfungsbuchse 22 unterströmt. Außerdem tritt Druckmedium durch den im

-10-

Querschnitt gedrosselten Druckmediumsabströmkanal 30 in den von der Unterseite des Kolbens &bgr; begrenzten Abschnitt des Zylinderraumes 4 ein. Um eine ausreichende Beschleunigung des Kolbens 6 zu erreichen, ist das Rückschlagventil 32 vorgesehen, das nunmehr in Funktion tritt und von dem es beaufschlagenden Druckmedium geöffnet wird. Damit strömt Druckmedium über den Kanal 33 entgegen einem nur geringen Strömungswiderstand in den Zylinderraum 4 ein, während der Druckmediumszu- und -ableitungskanal 14 in dem gegenüberliegenden Endteil 1 entlüftet ist. Der Kolben 6 bewegt sich aus seiner Endstellung nach oben bis die Dämpfungsbuchse 22 aus der Aufnahmeöffnung 17 ganz herausbewegt ist und damit das Druckmedium ungehindert über die Aufnahmeöffnung 17 einströmen kann, die eine verhältnismäßig große lichte Weite aufweist.

Claims (9)

1. Druckmediumsbetätigter Arbeitszylinder mit einem in einem Zylinderraum zwischen zwei Endstellungen längsverschieblich gelagerten Kolben, mit zwei den Zylinderraum endseitig verschließenden Endteilen, die Einrichtungen zur Zu- und Ableitung von Druckmedium aufweisen, mit einer mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange, die durch zumindest eines der Endteile abgedichtet durchgeführt ist und mit einer Einrichtung zum Dämpfen der Bewegung des Kolbens bei der Annäherung an seine jeweilige Endstellung, wobei diese Einrichtung auf der dem jeweiligen Deckel zugewandten Seite einen Dämpfungzapfen und eine diesem zugeordnete Aufnahmeöffnung aufweist, die mit der jeweiligen Einrichtung zur Zu- und Ableitung von Druckmedium in Verbindung steht und in die der Dämpfungszapfen bei der Annäherung an die Endstellung eintaucht, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungszapfen (22) und die diesem zugeordnete Aufnahmeöffnung (17) exzentrisch seitlich neben der Kolbenstange (7) angeordnet sind, dass die Aufnahmeöffnung (17) in einem von dem jeweiligen Endteil (1, 2) oder von dem Kolben (6) in den Zylinderraum (4) vorragenden Teil (18) mündet, dem auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens (6) oder des Endteils (1, 2) eine entsprechende Vertiefung (25) zugeordnet ist, und dass dem Kolben (6) eine Verdrehsicherung zugeordnet ist.

2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem der Endteile (1, 2) eine mit den Einrichtungen (13, 14) zur Zu- und Ableitung von Druckmedium in Verbindung stehendes Rückschlagventil (32) mit in den Zylinderraum (4) gerichteter Durchflussrichtung angeordnet ist, das im Wesentlichen ohne in den Zylinderraum (4) ragende Teile ausgebildet ist.

3. Arbeitszylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (32) flachbauend mit einer Lippendichtung (34) auf der dem Zylinderraum (4) zugewandten Seite ausgebildet ist.

4. Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung wenigstens eine achsparallele, den Zylinderraum (4) durchquerende Stange (27) aufweist, gegen die der Kolben (6) abgedichtet ist.

5. Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endteile (1, 2) mit den Einrichtungen (13, 14) zur Zu- und Ableitung von Druckmedium in Verbindung stehende Kanalmittel (30) enthalten, die in den Zylinderraum (4) münden und denen den Druckmediumsdurchtritt beeinflussende Drosselmittel (31) zugeordnet sind.

6. Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufnahmeöffnung (17) Dichtungsmittel (20) angeordnet sind, durch die der eintauchende Dämpfungszapfen (22) in zumindest einer Strömungsrichtung abdichtbar ist.

7. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung durch eine nicht kreiszylindrische Querschnittsgestalt der Kolbenstange (7) und/oder des Kolbens (6) und deren bzw. dessen Führung (8, 3) gebildet ist.

8. Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungszapfen (22) als eine Dämpfungsbuchse ausgebildet ist.

9. Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungszapfen (22) in eine Bohrung (23) des Kolbens (6) oder des jeweiligen Endteils (1, 2) abgedichtet eingesetzt ist.