DE3329832A1

DE3329832A1 - Einfachwirkender arbeitszylinder

Info

Publication number: DE3329832A1
Application number: DE3329832A
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Ing. 7300 Esslingen Stoll
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 1983-08-18
Filing date: 1983-08-18
Publication date: 1985-02-28

Description

17- August 1333 D 9129-nral

Festo KG , 73°o Esslingen
Einfachwirkender Arbeitszylinder

Die Erfindung betrifft einen einfachvrirkenden Druckmittel-Arbeitszylinder.

Derartige Arbeitszylinder bestehen aus einem Zylinderrohr und einem darin enthaltenen, dichtend an dem Zylinderrohr anliegenden Kolben. Der Kolben teilt in dem Zylinderrohr einen Arbeitsraum ab, der mit dem Druckmittel beaufschlagt bzw. druckentlastet werden kann. Bei Druckbeaufschlagung führen der Kolben und der Zylinder eine angetriebene Axialbewegung relativ zueinander aus', und zwar entgegen einer dabei überwundenen Rückstellkraft. Bei einer Druckentlastung des Arbeitsraums wird die Rückstellkraft wirksam, und der Kolben und das Zylinderrohr werden in ihre Ausgangsstellung überführt. Bei einfachwirkenden Druckmittel-Arbeitszylindern der genannten Art stellt häufig der Kolben das angetriebene Teil dar und er führt eine axiale Rückbewegung im Innern des

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Zylinderrohrs aus. Andererseits kann aber auch das Zylinderrohr angetrieben werden, und auf einem ortsfest verbleibenden Kolben laufen.

Ein Kennzeichen einfachwirkender Druckmittel-Arbeitszylinder ist die einseitige Beaufschlagung des Kolbens mit dem Druckmittel. Entsprechend wird ein druckmittelbetriebener Arbeitshub nur in einer Richtung ausgeübt, und um einen geschlossenen Arbeitszyklus zu erhalten, ist eine Rückstellung des jeweiligen Antriebsteils erforderlich. Hierzu wird nach dem Stand der Technik eine mechanische Feder, z.B. in Gestalt einer Spiralfeder, verwendet, die bei dem Arbeitshub des Antriebsteils gespannt wird. Ein wesentlicher Hachteil dieser Bauform ist die beschränkte Baulänge. Einfachwirkende Zylinder mit Federrückholung sind von der mechanischen Konstruktion und Federauslegung her auf cirka 1oo mm Hublänge begrenzt.

Um zu größeren Hublängen fortzuschreiten^werden Druckmittel-Arbeitszylinder üblicher Weise als doppeltwirkende Zylinder konstruiert. Bei diesen wird der Arbeitshub und der Rückhub des Antriebsteils gleichermaßen druckmittelgetrieben ausgeführt. Doppeltwirkende Zylinder haben aber den Nachteil, im Vor- und Rücklauf mindestens gleich viel Druckmittel-Antriebsenergie zu benötigen wie einfachwirkende Zylinder mit Federrückholung. Der entsprechende Druckmittelkreis^ z.B. ein Hydraulik- ocer Pneumatikkreis, muß entsprechend aufwendiger ausgelegt werden, um die größere Energieaufnahme des doppeltwirkenden Arbeitszylinders zu befriedigen. Hiermit ist aber ein höherer

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Katerialbedarf und Fertigungsaufwand verbunden, was zu Kostensteigerungen führt. Ein weiterer Nachteil doppeltwirkender Druckmittel-Arbeitszylinder ist die kompliziertere Ansteuerung. Ein doppeltwirkender Arbeitszylinder muß mit einem 4/2-Wegeventil geschaltet werden, d.h. einem Ventil, das vier Druckanschlüsse und zwei Sehaltzustände hat, in denen jeweils ein Druckraum auf eina?Seite des Kolbens druckbeaufschlagt und der andere Druckraum entlastet ist. Pur einen einfachwirkenden Zylinder mit Federrückholung genügt dagegen ein 3/2-Wegeventil mit einem Druckanschluß p, einem Entlastungsanschluß R und einem Arbeitsanschluß A, der in den beiden Schaltzuständen des Ventils wahlweise mit dem Druckanschluß P bzw. Entlastungsanschluß R verbunden wird. 3/2-Vegeventile sind konstruktiv unaufwendiger als die zur Ansteuerung eines doppeltwirkenden ArbeitsZylinders erforderlichen 4/2-Wegeventile, und sie verbrauchen überdies bei einem Schaltwechsel weniger Druckmittel-Arbeitsenergie.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteilen abzuhelfen und einen einfachwirkenden Druckmittel-Arbeitszylinder mit wesentlich vergrößerter Hublänge zu schaffen, der für Anwendungsbereiche geeignet ist, die bislang nur mit doppeltwirkenden Druckmittel-Arbeitszylindern abgedeckt werden konnten. Es soll ein konstruktiv unaufwendiger, wenig Druckmittel-Arbeitsenergie verbrauchender Arbeitszylinder großer Hublänge angegeben werden, der sich gegenüber konventionellen Zylindern durch einen geringeren Druckmittelverbrauch, eine einfachere

Ventilanordnung und niedrigerer Gestehungs- und Betriebskosten auszeichnet. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Führungsgenauigkeit des Antriebsteils eines Druckmittel-Arbeitszylinders zu verbessern.

Diese Aufgabe wird nach dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs in einem einfachwirkenden Druckmittel-Arbeitszylinder dadurch gelöst, daß die Rückstellkraft für den Rückhub des Antriebsteils durch Komprimierung eines abgeschlossenen Luftvolumens bereitgestellt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Arbeitszylinder wird also keine mechanische Feder verwendet, um den angetriebenen Kolben bzw. das angetriebene Zylinderrohr nach Ausführung eines Arbeitshubs zurückzustellen. Die Federkraft wird vielmehr von einem zur Atmosphäre hin abgeschlossenen Luftvolumen aufgebracht, das bei der Ausführung des vorangehenden Arbeitshubes komprimiert wurde. Diese Bauform stößt nicht auf die konstruktive Längenbegrenzung, die mit dem Einbau eines mechanischen Federelements verbunden ist. Man kann daher einfachwirkende Druckmittel-Arbeitszylinder wesentlich größerer Hublänge bauen. Die Hublänge kann beispielsweise bis 500 mm betragen, was bislang nur mit doppeltwirkenden Arbeitszylindern erreicht wurde. Diesen gegenüber zeichnet sich aber ein einfachwirkender Druckmittel-Arbeitszylinder durch einen niedrigeren Bedarf an Druckmittel-Antriebsenergie und eine einfachere Beschaltung mit Ventilen aus.

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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in nachgeordneten Ansprüchen gekennzeichnet. In der Bauform der Ansprüche 2-4-wird das zur Rückstellung des Antriebsteils dienende Luftvolumen in konstruktiv besonders einfacher weise als Kompressionsraum im Innern des Zylinderrohres bereitgestellt. Bei der Bauform gemäß Anspruch 5 ragt eine an dem Kolben ansetzende Kolbenstange durch diesen Kompressionsraum. Dies hat den Vorteil, daß die kompressionsraumseitig wirksame Kolbenfläche verringert wird, und zwar um den Querschnitt der Kolbenstange. Die Rückstellkraft für den Rückhub des Antriebsteils ist der wirksamen Kolbenfläche und dem in dem Kompressionsvolumen herrschenden Luftdruck proportional. Eine Verkleinerung der wirksamen Kolbenfläche führt also entsprechend zu einer Verminderung der Rückstellkraft, was während des Arbeitshubs von Vorteil ist. Der Arbeitshub des Antriebsteils wird druckmittelgetrieben gegen den Druck der in dem Kompressionsvolumen enthaltenen Luft ausgeführt. Eine Verminderung der wirksamen Fläche, auf der dieser Druck lastet, verringert die Gegenkraft, die bei der Durchführung des Arbeitshubs überwunden werden muß. Um Antriebsenergie zu sparen, wird man bemüht sein, diese Gegenkraft gering zu halten: und andererseits muß aber natürlich nach Beendigung des Arbeitshubes eine ausreichende Rückstellkraft zur Verfügung stehen, um das Antriebsteil mit der gebotenen Schnelligkeit in seine Ausgangsstellung zu überführen. Neben einer geeigneten Volumendimensionierung des Kompressionsraums gibt die Größengestaltung einer durch den Kompressionsraum ragenden

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Kolbenstange die Möglichkeit, die auf das Antriebsteil wirkende Rückstellkraft konstruktiv in weiten Grenzen zu variieren. Die Ansprüche 6 und 7 geben insofern Bauformen an, die sich in der Praxis als besonders günstig herausgestellt haben.

Gemäß Anspruch 8 kann der Kompressionsraum an ein Puffervolumen innerhalb oder ausserhalb des Zy^nderrohrs angeschlossen sein. Diese Anordnung schafft zusätzliche Variationsmöglichkeiten für die Größe des Kompressionsvolumens, und sie erlaubt es, bislang ungenutzte Gehäusebereiche eines Arbeitszylinders mit Kompressionsvolumen zu belegen. Ein externes Puffervolumen kann insbesondere groß gegen das Verdrängungsvolumen des Kompressionsraums gewählt werden. Hierdurch ergeben sich in dem Kompressionsraum über den Arbeits- und Rückhub kleinere Druckschwankungen, was für die mechanische Belastung der Bauteile und die Kinematik des Arbeitszylinders von Vorteil sein kann. Ausserdem eröffnet ein großes, externes Puffervolumen die Möglichkeit, mehrere Arbeitszylinder mit ihren Kompressionsräumen daran anzuschließen, den Druck in den Kompressionsräumen gegeneinander arbeitender Arbeitszylinder auszugleichen und unvermeidliche Leckagen aus dem Kompressionsraum zentral zu kompensieren. Gemäß Anspruch 9 und 1o kann aus dem Kompressionsraum verdrängte Luft sowohl aus der Atmosphäre, als auch aus einer Druckluftquelle ersetzt werden, und Anspruch 11 sieht ein Sicherheitsventil vor, das den Druck in dem Kompressionsraum begrenzt. Hierdurch wird eine Beschädigung

des Arbeitszylinders und Gefährdung von Personen bei evtl. Fehlschaltungen ausgeschlossen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Diese zeigt schematisch einen Druckmittel-Arbeitszylinder im Längsschnitt.

Der erfindungsgemäße einfachwirkende Druckmittel-Arbeitszylinder besitzt ein Zylinderrohr 1, das beidendig durch Zylinderdeckel 2,3 verschlossen wird. Das Zylinderrohr 1 ist auf eine umlaufende Stufe 4· an den Zylinderdeckeln 1 aufgezogen, die mit einem zapfenartigen Ansatz in das Zylinderrohr 1 hineinragen. Zylinderrohr 1 und Zylinderdeckel 2, J sind miteinander verspannt und gegenseitig in nicht näher dargestellten V/eise gedichtet. Im Inneren des Zylinderrohres 1 läuft ein Kolben 5, der das angetriebene Teil des Druckmittel-Arbeitszylinders darstellt. Der Kolben 5 liegt dichtend an der Innenwand 6 des Zylinder 1 an, wozu zwei Dichtringe 7 auf dem Aussenmantel des Kolbens 5 vorgesehen sind. Zwischen diesen Dichtringen 7 ist ein GIeitführungsring 8 vorgesehen, der eine reibungsarme Bewegung des Kolbens 5 an dem Zylinderrohr 1 entlang vermittelt. Andere Formen der Kolbenabdichtung und -führung im Innern des Zylinderrohres 1 sind gleichfalls möglich. Weiterhin kann anstelle eines angetriebenen, axial beweglichen Kolbens 5 auch das Zylinderrohr als Antriebsteil des erfindungsgemäßen Durckmitte!-Arbeitszylinders dienen. In diesem, nicht naher

dargestelltn Pall läuft das ZyIinderrohr 1 in ganz entsprechender Weise auf einem ortsfesten Kolben 5·

Der erfindungsgemäße Druckmittel-Arbeitszylinder ist ein Linearmotor, bei dem der Kolben 5 und das Zylinderrohr 1 druckmittelgetrieben eine Axialbewegung relativ zueinander ausführen. Der Antrieb kann insbesondere hydraulisch oder pneumatisch erfolgen, und als Antriebsdruckmittel kommen eine hydraulische Flüssigkeit wie öl, gegebenenfalls mit Zusätzen versetztes Wasser u.ä, sowie Druckluft in Betracht. In der Zeichnung ist ein pneumatischer Arbeitszylinder dargestellt, der den Vorteil bietet, daß Druckluft sowohl zum Antrieb, als auch in noch näher beschriebener Weise zur Rückstellung des Kolbens 5 dient, was konstruktive Vereinfachungen insbesondere im Bereich der Dichtung mit sich bringt.

Der Kolben 5 teilt im Innern des Zylinderrohres 1 einen Arbeitsraum 9 ab, der eine axiale Halbseite des Zylinderrohres 1 einnimmt. In den Arbeitsraum 9 mündet ein Druckmitte lanschluß 1o, der die zum Antrieb dienende Druckluft führt. Der Druckmittelanschluß 1o ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel- in einem Zylinderdeckel 2 vorgesehen, der den Arbeitsraum 9 begrenzt. An dem Druckmitteianschluß 1o wird eine Leitung 11 angeschlossen, die über ein Steuerventil 12 zu einer Druckluftquelle führt. Das Steuerventil 12 ist ein 3/2-Wegeventil. Es besitzt einen zu der Druckluftquelle führenden Druckanschluß P, einen Entlastungsanschluß R und einen Arbeitsanschluß A, an den die Leitung 11 ange-

schlossen ist. In einem ersten Schaltzustand des Ventils 12, der einem Ruhezustand des ArbeitsZylinders entspricht, wird der Arbeitsanschluß A über das Steuerventil 12 mit dem Entlastungsanschluß R verbunden. Hingegen wird der Druckanschluß P und damit die Druckmittelversorgung des Arbeitszylinders durch das Steuerventil 12 gesperrt. In seinem zweiten Schaltzustand verbindet das Steuerventil 12 den Arbeitsanschluß A mit dem Druckanschluß P, während der Entlastungsanschluß R von der Zuströmleitung getrennt wird. Das Druckmittel kann also über die Leitung 11 und den Druckmittelanschluß 1o in den Arbeitsraum einströmen, und der Kolben 5 wird betätigt.

Das 3/2-Wegeventil ausgelegte Steuerventil 12 kann von konventueller Bauart sein und insbesondere manuell, elektrisch oder druckmittelgetrieben betätigt werden. 3/2-Wegeventile zeichnen sich gegenüber 4-/2-Wegeventilen, die zur Steuerung doppeltwirkenderArbeitszylinder erforderlich sind, durch einen vergleichsweise einfachen Aufbau aus. Wählt man in einem Pneumatikkreis ein pneumatisch betätigbares 3/2-Wegeventil, so ist überdies der Druckluftverbrauch eines solchen Ventils geringer, als der eines 4-/2-Wegeventils. Die erfindungsgemäße Verwendung eines 3/2-Wegeventils bringt also hinsichtlich des Herstellungs- und Betriebsaufwands eine Reihe von Vorteilen mit sich.

Eine druckmittelgetriebene Bewegung des Kolbens 5 erfolgt bei dem erfindungsgemäßen, einfachwirkenden Druckmittel-

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arbeitszylinder nur in einer Richtung. Die erforderliche Rückstellung des Kolbens 5 wird dagegen mittels einer Kraft bewirkt, die durch Komprimierung eines abgeschlossenen Luftvolumens bereitgestellt wird. Die Erfindung nutzt also die Federkraft eines komprimierbaren Gases, wobei Luft wegen ihrer allgemeinen Verfügbarkeit den Vorzug genießt. Gegenüber einem mechanischen Federmittel, z.B. in Gestalt einer Spiralfeder, bringt diese erfindungsgemäße Form der Gasfederung den Vorteil mit sich, wesentlich größere Hublängen verwirklichen zu können. Weiterhin kann das Bauvolumen des Druckmittel-ArbeitsZylinders sehr effektiv genutzt werden. Um die zu

Rückstellung des Kolbens 5 erforderliche Kraft aufzubringen, wird ein entsprechendes Luftvolumen während des Arbeitshubs des Kolbens 5 komprimiert. Hierzu enthält das Zylinderrohr 1 einen abgeschlossenen, luftgeführten Kompressionsraum 13·> dessen Volumen sich bei der angetriebenen Bewegung des Kolbens 5 verringert. Der Kompressionsraum 13 wird von dem Kolben 5 im Innern des Zylinderrohrs 1 abgeteilt. Er ist auf der dem Arbeitsraum 9 abgewandten Seite des Kolbens 5 angeordnet, und er wird durch den Zylinderdeckel 3 begrenzt. Bei der angetriebenen Bewegung des Kolbens 5 wird die Luft aus einem Teil des Kompressionsraums 13 verdrängt. In der Endlage des Kolbens 5, die die Ausgangsstellung für seinen Rückhub darstellt, verbleibt ein Restvolumen des Kompressionsraums .13, in dem die verdrängte Luft unter erhöhtem Druck enthalten ist. Das Maß der Druckerhöhung ergibt sich dabei im wesentlichen aus dem Verhältnis von Anfangs- und Restvolumen des

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Kompressionsraums 13. Die komprimierte Luft wirkt auf eine Fläche f des Kolbens 5·> die dem Kompressionsraum 13 zugewandt ist und sie erzeugt dort eine Rückstellkraft, die dem Druck in dein Kompressionsraum 13 und der Größe der Fläche f proportional ist. Wird durch Umschalten des Steuerventils 13 der Arbeitsraum 9 entlastet, so wird der Kolben 5 unter Wirkung dieser Rückstellkraft in seine Ausgangs stellung zurückbewegt.

Durch geeignete Dimensionierung des Kompressionsraums 13 und insbesondere seines Anfangs- und Restvolumens sowie der kompressionsraumseitig wirksamen Kolbenfläche f hat man die Rückstellkraft für den Kolben 5 iⁿ weiten Grenzen in der Hand. Man wird insbesondere bemüht sein, die Rückstellkraft nicht zu groß zu wählen, da der Kolben 5 während seiner Hubbewegung die entsprechende Kompressionsenergie aufbringen muß, und dieser Energiebetrag für den Antrieb einer Last verlorengeht. Die kompressionsraumseitig wirksame Kolbenfläche f sollte daher vorzugsweise klein gegenüber der arbeitsraumseitig wirksamen Kolbenfläche F sein, was u.U. durch die entsprechende Gestaltung einer Kolbenstange 14-erreicht werden kann. Die Kolbenstange 14 sitzt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mittig und axial an dem Kolben 5 an. Sie ist fest mit dem Kolben 5 verbunden und aus der dem Kompressionsraum 13 zugewandten Stirnseite des Arbeitszylinders herausgeführt, wobei sie den entsprechenden Zylinderdeckel 3 dichtend durchsetzt. Die Kolbenstange 14 ragt durch den Kompressionsraum 13 hindurch, und sie 'nimmt im Bereich des Kompressionsraums I3 einen erheblichen Teil

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Ai?

des Zylinderinnenraums ein. Verglichen mit konventionellen, einfachwirkenden Druckmittel-Arbeitszylindern, ist die Kolbenstange 14 im Durchmesser zwei bis dreimal größer dimensioniert. Der Kompressionsraum 13 bildet einen Ringraum mit geringer lichter Weite zwischen der Kolbenstange 14 und dem Zylinderrohr 1, und die kompressionsraumseitig wirksame Kolbenfläche f des Kolbens 5 ist entsprechend gering. Sie ergibt sich im einzelnen aus der Differenz zwischen der arbeitsraumseitig wirksamen Kolbenfläche I? und dem Querschnitt der Kolbenstange 14. Gemäß einer bevorzugten Bauform der Erfindung sollte die Kolbenstange 14 so dimensioniert werden, daß die kompressionsraumseitig wirksame Kolbenfläche f weniger als 75 % der arbeitsraumseitig wirksamen Kolbenfläche U¹ ausmacht. Wählt man insbesondere ein kreiszylindrisches Zylinderrohr 1 und eine Kolbenstange 14 mit kreisrundem Querschnitt, so heißt dies, daß der Kolbenstangendurchmesser mehr als die Hälfte des Zylinderrohr-Innendurchmessers betragen sollte. Die Kolbenstange 14 kann aber insbesondere auch einen wesentlich größeren Teil des Zylinderinnenraums auf der dem Arbeitsraum 9 abgewandten Kolbenseite einnehmen, so daß die kompressionsraumseitig wirksame Kolbenfläche f vorzugsweise weniger als ^>o% oder sogar 30?ό der arbeitsraumseitig wirksamen Kolbenfläche Έ ausmacht.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kolbenstange 14 hat aufgrund ihrer erheblichen Dicke den zusätzlichen Vorteil, eine höhere Führungsgenauigkeit für das Antriebsteil des Arbeitszylinders zu gewährleisten. Die Kolbenstange 14 durch-

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setzt dichtend den Zylinderdeckel 3, und sie ist mit ihrem Aussenmantel 15 in dem Zylinderdeckel 3 geführt. Aufgrund des größeren Kolbenstangendurchmessers ist auch die entsprechende Führungsflache größer, und sie kann mit höherer Genauigkeit gearbeitet sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zylinderdeckel 3 von dem Zylinderrohr 1 weg in Gestalt eines axialen, stutzenförmigen Ansatzes 16 verlängert, der die Kolbenstange 14- umschließt. Der Ansatz 16 bietet der Kolbenstange 14- eine große, axiale Führungslänge. Er trägt auf seinem Innenmantel in einer Passausnehmung eine Gleitbuchse 17, die die Kolbenstange 14- aufnimmt und zugleich für eine einwandfreie Abdichtung sorgt. Diese Form der Lagerung kommt in ihrer Führungsqualitat einer Schlittenführung nahe, so daß die Kolbenstange 14- erfindungsgemäß nicht nur eine treibende, sondern zugleich auch eine führende Funktion übernimmt. Der so erhaltene Arbeitszylinder stellt ein komplettes Maschinenelement nach Art einer Schlitteneinheit mit integriertem Antrieb dar und ist dabei äußerst einfach im Aufbau. Er erreicht eine Hublänge, die bislang nur mit doppeltwirkenden Zylindern verwirklicht werden konnte, und hat diesen gegenüber den Vorteil,einer einfacheren Ventilanordnung und eines wesentlich geringeren Druckluftverbrauchs.

An den Raum 13 im Innern des Zylinderrohrs 1, aus dem bei einer druckmittelgetriebenen Bewegung des Kolbens 5 die eingesperrte Luft verdrängt wird, kann erfindungsgemäß ein Puffervolumen 18 innerhalb oder ausserhalb des Zylinderrohres 1 angeschlossen sein. In diesem Fall dient als Kompressions-

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raum der erwähnte Verdrängungsraum .13» das Puffervolumen und die "Volumina des verbindenden Leitungsnetzes. Die Abbildung zeigt schematisch ein Puffervolumen 18 in Gestalt eines externen Reservoir. Dieses ist über eine Leitung 19 nit den Verdrängungsraum 13 verbunden. Die Leitung 19 führt über eine Anschlußöffnung 2o in dem Zylinderdeckel 3? der dom Arbeitsraum 9 abgewandt ist. Die Anschlußöffnung 2o kann konstruktiv ähnlich ausgebildet sein, wie der Druckmittelanschluß 1o an dem anderen Zylinderdeckel 2, und im Falle eines kolbenstangenlosen Kolbens 5 ist insbesondere ein völlig symmetrischer Aufbau der Zylinderdeckel 2, 3 möglich.

Ein äusserhalb des Zylinderrohrs 1 angeordnetes Puffervolumen 18 in Gestalt eines externen Reservoirs bietet die Möglichkeit, den Kompressionsraum praktisch beliebig groß zu gestalten. Insbesondere kann eine Größe gewählt werden, bei der das Verdrängungsvolumen der Luft einen relativ kleinen Teil des Kompressionsraums ausmacht. In dieser Anordnung wird durch die Bewegung des Kolbens 5 nur eine geringe Druckänderung in dem Kompressionsraum 13 bewirkt, so daß der Kolben 5 bei ] seiner angetriebenen Bewegung gegen eine im wesentlichen konstante Kraft anläuft. Dies kann für die Bewegungscharakteristik des Kolbens 5 beim Antrieb bestimmter Lasten erwünscht und von Vorteil sein. Ein großes Kompressionsvolumen erlaubt es weiterhin, mehrere Arbeitszylinder mit ihrem Verdrängungsraum anzuschließen, wobei insbesondere bei gegeneirander arbeitenden Arbeitszylindern Druckschwankungen in den geweiligen Kompressionsräumen in günstiger Art und Weise ausgeglichen werden. Andererseits ist es aber auch möglich,

den Kompressionsraum 13 relativ klein zu wählen und ihn vollständig im Innern des Arbeitszylinder unterzubringen. Geeignete Räume für das Restvolumen, in das die Luft verdrängt wird, können beispielsweise in dem Zylinderdeckel 3 oder im Innern einer hohlen Kolbenstange 14 geschaffen v/erden. Die Anordnung eines relativ kleinen Kompressionsraums 13 hat zur Folge, daß bei der angetriebenen Kolbenbewegung eine quantitative Druckerhöhung in dem Kompressionsraum 13 auftritt. Die Gegenkraft, die der Kolben 5 bei der Durchführung seines Arbeitshubs zu überwinden hat, verstärkt sich sukzessive, bis der Kolben 5 seine Endlage erreicht. Diese Kraftcharakteristik kann in vorteilhafterweise dazu dienen, eine Endla-gendampfung des Kolben 5 zu bewirken. Ein weiterer Vorzug der internen Anordnung eines Puffervolumens 18 liegt in der kompakten Bauweise des erhaltenen Arbeitszylinders.

Ein absolut dichter Abschluß des Kompressionsraums ist prak" tisch nicht realisierbar, so daß zumindest nach einer entsprechend großen Zahl von Lastwechseln eine Leckage von Luft aus dem Kompressionsraum 13 festzustellen sein wird. Um die verdrängte Luft zu ersetzen, läßt sich der Kompressions raum 13 über eine Speiseleitung 21 mit einer Luftquelle verbinden. Die Speiseleitung 21 kann dabei entweder zu einer Druckluftquelle, oder aber zur Aussenatmospähre führen. Letztere Anordnung bietet sich an₇ wenn der Kompressionsraum 13 in der Ausgangsstellung des Kolbens 5 vor Beginn seines

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Arbeitshubs Luft unter Atmosphärendruck enthalten soll. In dieser Bauform wird verdrängte Luft einfach dadurch ersetzt, daß man in dieser Ausgangsstellung des Kolbens 5 ein Ventil in der Speiseleitung 21 öffnet und Luft in den Kompressionsraum 13 einströmen läßt. Es ist aber auch möglich, den erfindungsgemäßen Arbeitszylinder auf einen permanenten Überdruck in dem Kompressionsraum 13 hin auszulegen. Diese Anordnung bietet den Vorteil eines dynamischen Arbeitsbereichs um den Solldruckwert im Kompressionsraum 13, ohne daß ein unerwünschter Unterdruck intern Kompressionsraum 13 auftritt, aufgrund dessen der Kolben 5 aus seiner Buhelage am Anfang des Arbeitshubs bewegt werden könnte. Bei einem permanenten Überdruck im Kompressionsraum 13 wird der Kolben 5 vielmehr in dieser Ausgangsstellung vorgespannt, was wohldefinierte Arbeitsbedingungen schafft. Aus dem Kompressionsraum 13 verdrängte Luft wird in dieser Anordnung aus einer Druckluftquelle ersetzt. Es empfiehlt sich, in der zu dieser Durckluftquelle führenden Speiseleitung 21 zusätzlich oder alternativ zu dem erwähnten Sperrventil ein Rückschlagventil 22 vorzusehen, das zu dem Kompressionsraum 13 hin öffnet.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der Kompressionsraum 13 über ein Druckbegrenzungsventil 23 zur Atmosphäre hin entlüftet. Dieses Druckbegrenzungsventil wirkt als Sicherheitsventil, das einen Druckaufbau in dem Kompressions raum 13 über einen vorgegebenen Grenzdruck hinaus verhindert.

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33IS83

Der erfindungsgemäße Arbeitszylinder ist hierdurch, gegen Fehlbedienungen gesichert, und das Bedienungspersonal wird in wirkungsvoller Weise geschützt.

Bezugszeichen

1 Zylinderrohr

2,3 Zylinderdeckel

4 Stufe

5 Kolben

6 Innenwand von

7 Dichtring

8 Gleitfuhrungsring

9 Arbeitsraum

10 Druckmittelanschluß

11 Leitung

12 Steuerventil

13 Kompressionsraum

14 Kolbenstange

15 Aussenmantel von

16 Ansatz

17 Gleitbuchse

18 Puffervolumen

19 Leitung

20 Anschlußöffnung

21 Speiseleitung

22 Rückschlagventil

23 Druckbegrenzungsventil

- Leerseite -

Claims

1?. August -1985 D 9*129-nral "

Pesto KG , 73oo Esslingen

Einfachwirkender Arbeltszylinder

Ansprüche

M. ) Einfachwirkender Druckmittel-Arbeitszylinder mit einem Zylinderrohr und einem darin enthaltenen, dichtend an dem Zylinderrohr anliegenden Kolben, bei dem Kolben und Zylinderrohr druckmittelgetrieben eine Axialbewegung relativ zueinander ausführen und dabei mit einer Rückstellkraft belastet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft durch Komprimierung eines abgeschlossenen Luftvolumens bereitgestellt wird.

2. Druckmittel-Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinderrohr (1) einen abgeschlossenen, luftgefüllten Kompressionsraum (13) enthält, dessen Volumen sich bei einer angetriebenen Bewegung des Kolbens (5)

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verringert.

3. Druckmittel-Arbeitszylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionsraum (13) von dem
Kolben (5) im Innern des Zylinderrohrs (1) abgeteilt wird.

4. Druckmittel-Arbeitszylinder nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionsraum (13) auf der
einem Arbeitsraum (9) mit einem Druckmittelanschluß (1o) abgewandten Seite des Kolbens (5) angeordnet ist.

5· Druckmittel-Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, bei dem der Kolben mit einer aus dem Arbeitszylinder herausgeführten Kolbenstange verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (14-) durch den Kompressionsraum (13) ragt.

6. Druckmittel-Arbeitszylinder nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (14) im Bereich des Kompressionsraumes (13) einen erheblichen Teil des Zylinderinnenraums einnimmt;, so daß die kompressionsraumseitig wirksame Kolbenfläche f klein ist.

7· Druckmittel-Arbeitszylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kompressionsraumseitig wirksame
Kolbenfläche f weniger als 75%₅ vorzugsweise weniger als 5o% und insbesondere weniger als 3o% der arbeitsraumseitig wirksamen Kolbenfläche F ausmacht.

8. Druckmittel-Arbeitszylinder nach, einem der Ansprüche 1 bis 7i dadurch gekennzeichnet, daß ein Verdrängungsraum des Kompressionsraumes03) an ein Puffervolumen (17) innerhalb oder ausserhalb des Zylinderrohres (1) angeschlossen ist.

9· Druckmittel-Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressioncraum (13) zum Ersetzen verdrängter Luft über eine Speiseleitung (21) mit der Atmosphäre oder einer Druckluftquelle verbindbar ist.

10. Druckmittel-Arbeitszylinder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Speiseleitung (21) ein Sperrventil und/oder ein zum Kompressionsraum (13) hin öffnendes Rückschlagventil (22) liegt.

11. Druckmittel-Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche

1 bis 1o, dadurch, gekennzeichnet, daß der Kompressionsraum (13) über ein Druckbegrenzungsventil (23) zur Atmosphäre hin entlüftet ist.