DE3540416A1 - Pneumatik-zylinder mit stufenlos einstellbarem hub und beidseitig wirkender endlagendaempfung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Konstuktion, die als Bau- Einheit folgende Elemente enthält:

1. einen Pneumatik-Zylinder,

2. einen doppelseitig wirkenden hydraulischen Stoßdämpfer,

3. eine Verstelleinrichtung für stufenlose Hubveränderung,

4. eine Endlagenabtastung, die für unterschiedliche Hublängen nicht verstellt werden muß

Pneumatik-Zylinder, Stoßdämpfer, Hubbegrenzungen und Endlagenabtaster dienen in diversen technischen Einrichtungen dazu, unterschiedliche Massen über vorgegebene Wegstecken mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten hin- und herzubewegen.

Bekannt sind Pneumatik-Zylinder mit pneumatischer Endlagendämpfung und nicht veränderlichem Hub, die jedoch in den Endlagen nur verhältnismäßig geringe Massenkräfte aufnehmen können, wobei die Endlagendämpfung außerdem nur bei voll ausgefahrenem Hub wirksam wird.

Um größere Verzögerungskräfte in den Endlagen des Pneumatik- Zylinders zu beherrschen, ist der Einsatz von Stoßdämpfern bekannt, deren Anbringung in der Regel einen erheblichen konstruktiven Aufwand erfordert. Parallel zu diesen Stoßdämpfern müssen außerdem feste Endanschläge vorgesehen werden. Soll der Lastweg gegenüber dem Zylinderhub verändert werden, müssen jeweils ein fester Anschlag, ein Stoßdämpfer und gegebenenfalls ein Endlagenschalter verstellt und neu justiert werden.

Die Erfindung hat die Aufgabe

1. den konstruktiven Aufwand bei gleichzeitiger Verminderung des Platzbedarfs zu reduzieren,

2. Umrüstzeiten zu verkürzen und so zu vereinfachen, daß sie auch von wenig qualifiziertem Personal auszuführen sind,

3. neue konstruktive Möglichkeiten beim Einsatz von Pneumatik- Zylindern zu eröffnen, z. B. für präzise Positionierungsaufgaben.

Die erfindungsmäßige Vorrichtung löst die Aufgabe dadurch, daß sie alle erforderlichen Einzelgeräte (Pneumatik- Zylinder, doppelseitig wirkenden hydraulischen Stoßdämpfer, Hubverstell-Einrichtung und Endlagen-Abtastung) in sich vereinigt.

Sie wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 und

Fig. 2 einen Schnitt parallel zur Längsachse durch die erfindungsmäßige Vorrichtung,

Fig. 3 einen Schnitt zur Linie A-A,

Fig. 4 einen Schnitt zur Linie B-B,

Fig. 5 eine Ansicht der Buchse (3) in Blickrichtung X,

Fig. 6 einen Schnitt durch Buchse (3, 4) zur Linie C-C,

Fig. 7 einen Schnitt als Einzelheit Z durch eine Endlagenabtast- Einrichtung

Die wesentlichen Bestandteile der erfindungsmäßigen Vorrichtung sind:

1. ein Pneumatik-Zylinder (1), von dem in Fig. 2 folgende Teile dargestellt sind: ein Zylinderrohr (10), ein Kolben (11), eine 2-teilige Kolbenstange mit den Nummern (12) und (13), eine Verschraubung (14) und ein Gehäuseteil (15);

2. eine als doppelseitig wirkender Stoßdämpfer bezeichnete Vorrichtung, die aus den Buchsen (3) und (4), dem Dämpfkolben (2) und einem Mantelrohr (16) besteht;

3. eine Verbindung zwischen dem Pneumatik-Zylinder (1) und dem doppelseitig wirkenden Stoßdämfper, bestehend aus der Zwischenbuchse (17), der Gewindestange (8) und einer selbstsichernden Mutter (7);

4. eine Einrichtung zum Verstellen der Hublänge des Pneumatik- Zylinders (1), bestehend aus dem Gehäuseteil (18), dem drehbaren Einstellteil (6) und der Sicherungsschraube (19);

5. die Verbindung aller Teile untereinander, in Fig. 3 und Fig. 4 der beiliegenden Zeichnung als Zuganker (20) dargestellt;

6. eine Flüssigkeitsmenge (z. B. Silikon-Öl) - sie wird im weiteren Verlauf der Beschreibung als Öl bezeichnet -, die den gesamten Hohlraum (21) ausfüllt und durch die Anschlußbohrung (31) eingebracht bzw. nachgefüllt werden kann.

Funktionsbeschreibung

a) Der Pneumatik-Zylinder (1) wird in bekannter Weise mit komprimierter Luft betrieben, die über ein geeignetes Steuerventil zugeführt wird.

b) Der Dämpfvorgang:
Unter Dämpfen wird hier die gleichmäßige Geschwindigkeitsreduzierung der Kolbenstange (12, 13) mit der mit ihr verbundenen Last von V _max bis V _o verstanden. Der für diesen Dämpfungsvorgang notwendige Weg ist in Fig. 2 als "e" definiert und wird im weiteren Verlauf als Dämpfweg bezeichnet.

Fig. 2 zeigt die erfindungsmäßige Vorrichtung im Betriebszustand "Endlage hinten". Wird in die Anschlußbohrung (22) Druckluft eingeleitet, so setzt sich der Kolben (11) in Richtung X in Bewegung und nimmt dabei die Kolbenstange (12, 13) mit. Nach Zurücklegen der (frei einstellbaren) Wegstrecke "d" trifft die Verschraubung (14) auf die selbstsichernde Mutter (7). (Um hierbei eine metallischen Aufprall zu vermeiden, kann eine elastische Scheibe (23), z. B. aus schlagfestem Kunststoff, eingelegt werden). Nun wird durch die Gewindestange (8) der Dämpfkolben (2) in Richtung X mitgenommen und legt dabei den Dämpfweg "e" zurück.

Der Dämpfkolben (2) hat an der Stelle M den gleichen Durchmesser wie die zylindrisch gebohrte Buchse (3) an der Stelle N. Dagegen ist der Durchmesser des Dämpfkolbens (2) an der Stelle L um ein empirisch ermitteltes Maß kleiner. Wird nun der Dämpfkolben (2) in Richtung X bewegt, so taucht dieser mit der Fläche L in die Buchse (3) ein und verdrängt das in der Buchse befindliche Öl. Bei diesem Vorgang wird ein "Ringspalt" (5) wirksam, dessen Querschnitt sich zunächst aus den unterschiedlichen Durchmessern an den Stellen M und L ergibt. Da die Oberfläche des Dämpfkolbens (2) zwischen den Stellen M und L einem abgestumpften Kegel entspricht, der Durchmesser an den Stellen M und N aber gleich ist, so verringert sich der Querschnitt des soeben erwähnten "Ringspalts" (5) bei der Bewegung des Dämpfkolbens (2) in Richtung X kontinuierlich bis zum Wert 0 und setzt dadurch dem in Richtung Y ausströmenden Öl einen steigenden Widerstand entgegen. Der daraus resultierende Dämpfvorgang kann jedoch nur zustande kommen, wenn die beiden Buchsen (3) und (4) die Funktion von Rückschlagventilen erfüllen, weil das durch den Dämpfkolben (2) aus der Buchse (3) verdrängte Öl ohne größeren Widerstand in das Innere der Buchse (4) gelangen muß. Zur Veranschaulichung dienen die Fig. 5 und 6 der Zeichnung.

Da die Buchsen (3) und (4) identisch sind, ist nur Buchse (3) dargestellt, und die in den Fig. 5 und verwendeten Nummern gelten sinngemäß auch für Buchse (4).

In Fig. 6 zeigt
(24) einen metallischen Grundkörper,
(25) eine Rundschnur aus elastischem Material, weiterhin als O-Ring bezeichnet,
(26) eine in den Grundkörper (24) eingestochene Nute,
(27) eine in den Grundkörper (24) eingepresste dünnwandige Buchse, die auf der Innenfläche eine Gleitschicht tragen kann,
(28) mehrere Auskerbungen in dieser Buchse (27), die einen Flüssigkeitsaustausch zur Ringnute (26) ermöglichen, ohne daß der O-Ring (25) die Ringnute (26) verlassen kann und
(29) mehrere ringförmig angeordnete Bohrungen (Fig. 5), die einen Flüssigkeitsaustausch mit dem Hohlraum (21) - Fig. 2 - gestatten

Wird z. B. der Dämpfkolben (2) in Richtung X bewegt, so versperrt der O-Ring (25) - Fig. 6 - dem im Hohlraum (21) vorhandenen Öl den Weg durch die Bohrungen (29) - Fig. 5 und 6 -, der vorhin beschriebene "Ringspalt" (5) wird also wirksam. Der in der Ringnute (26) der Buchse (4) befindliche O-Ring (25) gibt gleichzeitig dem im Hohlraum (21) eingeschlossenen Öl den Weg durch die Bohrungen (29), die Ringnute (26) und die Auskerbungen (28) in das Innere der Buchse (4) frei und damit wird eine Bewegung des Dämpfkolbens (2) in Richtung X bis zum Erreichen der "Endlage vorn" möglich.

Wird danach der Dämpfkolben (2) in Richtung Y bewegt, so wechseln die Buchsen (3) und (4) bezüglich ihrer Rückschlagwirkung automatisch die Funktion, so daß sich also in Richtung Y die gleiche Dämpfwirkung ergibt wie in Richtung X. Einfach ausgedrückt: Der Dämpfkolben (2) dämpft, hin- und herbewegt, in beiden Richtungen.

c) Die Verstellung der Hublänge:
Gemeint ist hiermit die Möglichkeit, den Hubweg des in die erfindungsmäßige Vorrichtung integrierten Pneumatik- Zylinders (1) von der konstruktiv bedingten Maximallänge bis zur Länge des Dämpfweges "e" (Fig. 2) stufenlos zu verändern.

Der Einstellvorgang verläuft wie folgt: Nach Lösen der Sicherungsschraube (19) wird das Einstellteil (6) mittels eines geeigneten Schlüssels um seine Mittelachse gedreht (Fig. 2). Wie Fig. 4 zeigt, ist dieses Einstellteil (6) im Bereich der Schnittebene B als Außensechskant geformt, während an der gleichen Stelle der Dämpfkolben (2) mit einem Innensechskant ausgestattet ist, und zwar so, daß diese beiden Sechskante gegeneinander in Richtung X-Y gleiten können. Eine Verdrehung des Einstellteils (6) zieht somit eine konforme Drehung des Dämpfkolbens (2) nach sich. Da die Gewindestange (8) verdrehungssicher im Dämpfkolben (2) verankert ist, dreht diese sich in der gleichen Weise mit.

Wie Fig. 3 zeigt, ist das Kolbenstangenteil (13) mit einem Innensechskant ausgestattet, und die selbstsichernde Mutter (7) ist eine Sechskantmutter.

Die Bemaßung dieser Teile ist so, daß eine leichte Verschiebung der Mutter (7) im Kolbenstangenteil (13) möglich ist.

Es wird davon ausgegangen, daß die Kolbenstange (12, 13) beim praktischen Einsatz der erfindungsmäßigen Vorrichtung nicht drehbar ist (z. B. weil die Kraftübertragung durch einen Gabelkopf erfolgt). Unter diesen Umständen dreht sich nun die Gewindestange (8) relativ zu der Mutter (7) und damit wird eine Veränderung der Wegstrecke "d" (Fig. 2) erreicht.

Da die Gesamt-Hublänge des Pneumatik-Zylinders (1) die Summe der Längen "d" und "e" ist, wird also durch den beschriebenen Vorgang die Hublänge verstellt.

Außer der Ausformung des Kolbenstangenteils (13) und der Mutter (7) - Fig. 3 -, sowie der Ausformung des Einstellteils (6) und des Dämpfkolbens (2) - Fig. 4 - als Sechskant sind auch andere Formgebungen möglich (z. B. Keilverzahnung). Wichtig ist nur, daß nach erfolgtem Zusammenbau der erfindungsmäßigen Vorrichtung ein Verdrehen der Mutter (7) gegenüber dem Kolbenstangenteil (13) und des Einstellteils (6) gegenüber dem Dämpfkolben (2) nicht möglich ist.

d) Die Abtastung der Endlagen:
Die erfindungsmäßige Vorrichtung bietet die Möglichkeit, anstatt die Endlagen des integrierten Pneumatik- Zylinders (1) die Endlagen des Dämpfkolbens (2) abzutasten, da der Dämpfkolben (2) ohne Rücksicht auf die tatsächliche Hublänge des Pneumatik-Zylinders (1) durch jede Hubbewegung immer wieder in die gleiche, unverrückbare Endlage gebracht wird. Das hat gegenüber bisher bekannten Vorrichtungen den Vorteil, daß die zum Abtasten benutzten Geräte (z. B. berührungslose Abtastgeräte, pneumatische, elektrische oder sonstige Endschalter) nach einmal erfolgter Justierung bezüglich ihrer Position auch dann nicht mehr verändert werden müssen, wenn der Hub des integrierten Pneumatik-Zylinders (1) verstellt worden ist.

Als eine der Möglichkeiten zeigt die Fig. 7 eine Schnittzeichnung als Einzelheit Z aus Fig. 1. Darin zeigt (34) einen Schaltstift, an dem auf einer Seite eine gehärtete Stahlkugel (35) befestigt und auf der anderen Seite ein berührungsloses Schaltelement (37) angeordnet ist.

Wird nun der Dämpfkolben (2) in Richtung Y bewegt, so verschiebt er den Schaltstift (34) in Richtung W, so daß das Schaltelement (37) erregt wird. Bewegt sich anschließend der Dämpfkolben (2) in Richtung X, so wird der Schaltstift (34) durch die Rückholfeder (38) in seine Ausgangsstellung gebracht und das im Schaltelement (37) anstehende Signal fällt ab.

Eine andere Möglichkeit zeigt Fig. 2. Hier ist ein mit dem Dämpfkolben (2) verbundener Schaltstift (9) nach außen geführt und kann zur Endlagenabtastung verwendet werden.

Beschreibung zu Patentanspruch 2

Beim Einsatz von Pneumatik- oder Hydraulikzylindern besteht häufig die Notwendigkeit, die Kolbenstange gegen Verdrehen zu sichern. Bekannt sind Zylinder mit Verdrehschutz, bei denen zwei parallel angeordnete Kolbenstangen eingesetzt werden. Diese haben den Nachteil, daß aus Gründen der räumlichen Anordnung jede dieser Kolbenstangen nur einen verhältnismäßig geringen Querschnitt besitzen kann. Die Folge davon ist eine wesentlich reduzierte Knickbelastbarkeit des Kolbenstangenpaares gegenüber einer normalen, zentrisch angeordneten Kolbenstange. Darüber hinaus besteht keine Möglichkeit einer radialen Einstellmöglichkeit gegenüber dem äußeren Zylinderkörper.

Der erfindungsmäßige Zylinder vermeidet diese Nachteile. Er ist mit nur einer Kolbenstange mit entsprechend höherer Knickbelastbarkeit ausgestattet und bietet außerdem den Vorteil einer radialen Verstellbarkeit.

In der beigefügten Zeichnung zeigt Fig. 8 den erfindungsmäßigen Zylinder als Längsschnitt. Darin werden das vordere Lagergehäuse (41), das Zylinderrohr (45) und der Kolben (47) als bekannt vorausgesetzt. Dagegen besteht die Kolbenstange aus den zwei Teilen (40) und (43), die durch das Gewinde (51) verbunden sind. Das Teilstück (43) ist als Hohlkörper ausgebildet und trägt zwischen den beiden Gewindeabschnitten (50) und (51) ein Innenprofil, wie es z. B. in Fig. 3 - (13) - dargestellt ist. Die Verbindung zwischen dem Kolbenstangenteil (43) und dem Kolben (47) wird durch die Verschraubung (46) hergestellt, welche zentrisch durchbohrt ist.

In das hintere Gehäuseteil (48) ist ein Verstellteil (49) eingefügt, welches drehbar gelagert ist und z. B. durch die Spannschraube (52) blockiert werden kann. Mit diesem Verstellteil (49) ist ein Stab (44) starr verbunden, welcher durch die Verschraubung (46) geführt ist und in den Hohlraum des Kolbenstangenteils (43) ragt. Am Ende dieses Stabes (44) ist ein Profilteil (42) befestigt, welches sich im Innenprofil des Kolbenstangenteils (43) nur in Längsrichtung bewegen kann.

Das vordere Teil der Kolbenstange (40) kann, abgesehen vom Gewindeabschnitt (50), beliebig geformt sein, um eine Anpassung an den jeweiligen Verwendungszweck zu erreichen.

Claims (15)

1.) Eine Vorrichtung, die als Baueinheit die Funktionen eines Pneumatik-Zylinders, eines doppelt wirkenden hydraulischen Stoßdämpfers, einer Hubverstell- Einrichtung und einer Endlagen-Abtastung erfüllt, dadurch gekennzeichnet, daß

a) alle Bestandteile so angeordnet und untereinander verbunden sind, daß die Vorrichtung wie ein Norm- Pneumatik-Zylinder gehandhabt werden kann;

b) die Kolbenstange des integrierten Pneumatik-Zylinders mit einem Innenprofil ausgestattet ist, welches zentrisch zur Achsenrichtung verläuft und ein Profilteil aufnehmen kann, das axial verschiebbar, jedoch kreisförmig zur Achse nicht drehbar ist;

c) der Kolben des integrierten Pneumatik-Zylinders mit der Kolbenstange durch eine Verschraubung verbunden ist, die eine durchgehende Bohrung aufweist und deren beide Stirnflächen als Aufprallflächen dienen;

d) in Verlängerung des Pneumatik-Zylinders konzentrisch ein doppelt wirkender Stoßdämpfer angeordnet ist, dessen Dämpfwirkung in beiden Bewegungsrichtungen durch Flüssigkeitsverdrängung bewirkt wird, und zwar so, daß eine Flüssigkeit durch einen "Ringspalt" gepresst wird, dessen Querschnitt sich kontinuierlich verkleinert, wenn sein bewegliches Innenteil axial verschoben wird;

e) dieser doppelt wirkende Stoßdämpfer im wesentlichen folgenden Teile enthält:

• 1. ein bewegliches Innenteil, weiterhin Dämpfkolben genannt, das als kreisförmig bearbeitetes Werkstück ein Mittelteil enthält, welches der Form zweier abgestumpfter Kegel entspricht, deren größte Durchmesser etwa in der Mitte dieses Mittelteils liegen, der zu beiden Seiten dieses Mittelteils je einen zylindrisch bearbeiteten Abschnitt besitzt, dessen Durchmesser kleiner ist als der kleinere Durchmesser des zugeordneten abgestumpften Kegels, dessen dem Pneumatik-Zylinder zugewandte Stirnseite eine konzentrisch angeordnete Gewindestange trägt, die verdrehungssicher mit dem Dämpfkolben verbunden ist und dessen andere Stirnseite ein konzentrisch angeordnetes Innenprofil besitzt;
• 2. zwei spiegelbildlich montierte Buchsen, die die Führung des Dämpfkolbens übernehmen, im Zusammenwirken mit diesem bei dessen Bewegung in beiden Längsrichtungen einen sich verkleinernden Ringspalt bilden und die, jede für sich, die Funktion eines Rückschlagventils mit Hilfe eines aus elastischem Material gefertigten Ringes erfüllen, der durch eine durchbrochene Buchse in einer Ringnut eingeschlossen ist;

f) die Endlagendämpfung des in die erfindungsmäßige Vorrichtung integrierten Pneumatik-Zylinders dadurch erreicht wird, daß der Dämpfkolben durch eine entsprechend geformte Verschraubung, die zugleich die Verbindung zwischen der Kolbenstange und dem Kolben des integrierten Pneumatik-Zylinders herstellen kann, über eine festgelegte Wegstrecke mitgenommen wird, und zwar in der Bewegungsrichtung "Kolbenstange fährt aus" mit Hilfe einer Gewindestange und einer Mutter und in umgekehrter Richtung durch Auffahren auf den Dämpfkolben;

g) die Hubbewegung des integrierten Pneumatik-Zylinders in beiden Bewegungsrichtungen ausschließlich durch die Bewegungsmöglichkeit des Dämpfkolbens begrenzt ist;

h) eine Hublängenänderung des in die erfindungsmäßige Vorrichtung integrierten Pneumatik-Zylinders durch radiales Verdrehen eines Einstellteils von außen her, und somit auch im Betriebszustand der erfindungsmäßigen Vorrichtung, möglich ist;

i) die Einrichtung zur Endlagenabtastung des integrierten Pneumatik-Zylinders, selbst bei veränderter Hublänge, nach einmaligem Justieren unverändert bleiben kann, und zwar dadurch, daß die zwei Endlagen des Dämpfkolbens stellvertretend zum Abtasten benutzt werden.

2.) Ein Pneumatik- oder Hydraulikzylinder, dessen Kolbenstange gegen radiales Verdrehen geschützt ist und von außen her in beliebige Winkelstellungen gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß

a) alle Bestandteile des erfindungsmäßigen Zylinders so angeordnet und untereinander verbunden sind, daß er wie ein Norm-Zylinder gehandhabt werden kann;

b) die Kolbenstange des erfindungsmäßigen Zylinders mit einem Innenprofil ausgestattet ist, welches zentrisch in Achsenrichtung verläuft und ein Profilteil aufnehmen kann, das axial verschiebbar, jedoch radial nicht drehbar ist;

c) in das hintere Gehäuse des erfindungsmäßigen Zylinders ein Verstellteil eingebaut ist, welches von außen her um seine Achse verdreht und durch eine Feststellschraube o. ä. gesichert werden kann.

d) dieses Verstellteil mit einem Profilteil starr verbunden ist, welches im Inneren der Kolbenstange in Längsrichtung, nicht aber kreisförmig bewegt werden kann.