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Vorrichtung zur stufenweisen Erzielung von Arbeitswegen mittels hydraulischer oder pneumatischer Arbeitszylinder
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur stufenweisen Erzielung von Arbeitswegen mittels hydraulischer oder pneumatischer Arbeitszylinder und in diesen arbeitender Kolben.
Die bisher übliche Methode zur Erzielung gestufter Arbeitswege besteht darin, dass man an den Zylindern entsprechende Anschläge oder Ventile anbringt, so dass die Kolben nach Zurücklegen eines bestimm- tenweges zumstillstand kommen. Man kann den Arbeitszylindern aber auch ein bestimmtes Druckmittelvolumen zuführen, entsprechend dem gewünschten Teilhub des Kolbens. Variiert man dieses Volumen oder den Druck, so erreicht man ebenfalls verschieden grosse Arbeitshübe. Eine besondere Genauigkeit und vor allem eine exakte Wiederholbarkeit der erzielbaren Hübe ist wegen der Kompressibilität des Druckmittels bzw. infolge unvermeidlicher Leckverluste nicht zu erreichen.
Die Erfindung zielt darauf ab, die einzelnen Arbeitshübe genau und vor allem zuverlässig wiederholtbar ausführen zu können, u. zw. lediglich durch die mechanische Ausgestaltung von Arbeitszylindern und deren Kolben, unabhängig davon, ob der zur Anwendung gelangende Arbeitsdruck etwa überschritten wird.
Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, dass im Arbeitszylinder zwei voneinander unabhängig be- wegbare, gegebenenfalls durch eine Zwischenwand getrennte Kolben vorgesehen sind, deren Kolbenstangen je einen an den Enden des Arbeitszylinders angeordneten Kopf durchsetzen, und dass für das Ein-bzw.
Abströmen des Druckmittels in den beiden Köpfen und/oder in der Zwischenwand Ein-bzw. Auslassöffnun- gen vorgesehen sind. Die beiden durch die Zwischenwand getrennten Arbeitsräume könnenverschieden lang und somit die Arbeitshübe der Kolben verschieden gross sein. Die Hübe verhalten sich beispielsweise wie 1 : 2.
Je nach dem Erfordernis kann man einfach-oder doppeltwirkende Kolben vorsehen. Um eine grosse Vielfalt an Stufen, z. B. 15, erreichen zu können, werden mindestens zwei Arbeitszylinder derart in Reihe hintereinander geschaltet, dass eine der Kolbenstangen des einen Arbeitszylinders mit einer des andern Arbeitszylinders verbunden ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich mit Vorteil zum stufenweisen Regeln von Vorgängen, bei denen zwischen den einzelnen Arbeitshüben Pausen eingeschaltet sind. Jeder Stufe ist ein bestimmter Wert (Regelgrösse) zugeordnet, wobei nur eine Stufe ausgenutzt oder auch gleich mehrere Stufen hintereinander durchfahren werden können. Zur Steuerung der erfindungsgemässen Vorrichtung kann jede geeignete Einrichtung verwendet werden, die entsprechend einem Regelimpuls das Druckmittel den Arbeitsräumen im Zylinder an der jeweils gegebenen Stelle zuführt bzw. aus diesen Räumen abströmen lässt. Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung können bispielsweise die Lüftungsflügel in Gewächshäusern oder die Regelungsklappen in Klimaanlagen ferngesteuert und selbsttätig verstellt werden.
Ferner ist es möglich, mit der Vorrichtung Werkstücke oder Maschinenteile an Arbeitsmaschinen stufenweise vorzuschieben.
Einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung sollen nachstehend an Hand vonFiguren der Zeichnungen näher erläutert werden. Fig. l veranschaulicht einen doppelt wirkenden Arbeitszylinder mit zwei Kolben, Fig. 2 einen einfach wirkenden Arbeitszylinder mit zwei Kolben, Fig. 3 einen einfach wirkenden Arbeitszylinder, bei dem jedoch die Arbeitshübe entgegengesetzt wie beim Beispiel nachFig. 2 gerichtet sind. Fig. 4 veranschaulicht schematisch das Arbeiten einer aus einem Zylinder mit zwei Kolben bestehenden Vorrichtung nach der Erfindung, wobei sich die Hübe der Kolben wie 1 : 2 ver - halten. DieFig. SstelltimSchemadieArbeitsweisevon zwei miteinander gekuppelten doppeltwirkenden
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Arbeitszylindern mit insgesamt nur drei Kolben dar.
Fig. 6 zeigt die Arbeitsweise einer aus zwei doppelt wirkenden Arbeitszylindern mit vier Kolben bestehenden Vorrichtung.
In Fig. l ist mit 1 ein zweiteiliger Arbeitszylinder bezeichnet, dessen Gesamtraum durch eine Zwischenwand 2 in zwei Arbeitsräume 3 und 4 unterteilt ist. Jeder der beiden Arbeitsräume ist durch je einen Arbeitskolben 5,6 in zwei Druckräume 3', 3"bzw. 4', 4"geteilt. Da die beispielsweise aus mit Gummimanschetten 7 versehenen Scheiben 8, 8' bestehenden Kolben doppelt wirkend sind, wurden die Manschetten so ausgebildet, dass das Druckmittel auf beiden Seiten des Kolbens abgedichtet wird. Je eine die Kolben 5,6 tragende Kolbenstange 9,10 durchsetzt die abgedichteten Bohrungen von zwei an den Enden des Zylinders 1 angeordneten Köpfen oder Deckeln 11,12. Zur Abdichtung der Lagerbohrungen dienen in üblicher Weise Abstreifringe 13 bzw. Dicht- oder Nutringe 14.
DieDeckel 11,12 besitzen ferner je eine Gewindebohrung 15,16, diemitgeeign. eten, nicht dargestellten Anschlussnippeln für die Zu- bzw. Abfuhr des Druckmittels versehen sind. Die Gewindebohrungen 15,16 weisen je eine Querbohrung 17,18 auf, die unmittelbar in die Druckräume 3", 4" des Arbeitszylinders münden.
Die Zwischenwand 2 ist mit zwei voneinander getrennten Gewindebohrungen 19,20 versehen.
Eine Querbohrung 21 verbindet die eine der Gewindebohrungen 19 mit dem Druckraum 3'zwi- schen derWand 2 und dem Kolben 5, eineQuerbohrung 22 die andere Gewindebohrung 20 mit dem Druckraum 4'zwischen der Wand 2 und dem Kolben 6. Es versteht sich, dass die z. B. eingeschraubten Köpfe 11, 12 sowie die Querwand 2 mit Dichtungsringen 23 versehen sind, um das Austreten des Druckmittels zu unterbinden.
Die Kolbenstangen 9,10 sind an ihren äusseren Enden mit Gewinden 24 oder Gabelköpfenver- sehen, um das Anschliessen der Kolbenstange an irgendwelche feste oder bewegliche Maschinenteile zu ermöglichen.
In Fig. 2 ist ein einfach wirkender Arbeitszylinder mit zwei Arbeitskolben 25, 25'dargestellt.
Während die Zwischenwand 2 ähnlich wie die in Fig. l dargestellte ausgebildet ist, besitzen die Köpfe
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tungsbohrungen 26. Bei diesem einfach wirkenden Arbeitszylinder erfolgt also der Arbeitshub nur in der einen Richtung und die Kolben kehren in ihre Ausgangsstellung durch Einwirkung einer äusseren Kraft, z. B. durch das Eigengewicht der angetriebenen Maschine oder auch auf Grund einer während des Arbeitshubes zusammengedrückten Feder zurück.
Das in Fig. 3 gezeigte Beispiel unterscheidet sich von dem Beispiel gemäss Fig. 2 dadurch, dass die Manschetten 27 umgekehrt wie bei dem vorher beschriebenen Beispiel angeordnet sind und dadurch, dass die Köpfe 28 je eine Gewindebohrung für die Zu- und Abfuhr des Druckmittels aufweisen. Bei dieser Ausführung ist zwischen beiden Kolben keine Trennwand im Zylinder vorgesehen, sondern nur eine beiden Arbeitskolben gemeinsame Entlüftungsbohrung 29. Demnach ist die Kraftwirkung bei diesen einfach wirkenden Arbeitskolben entgegengesetzt zur Richtung der Kraft beim Beispiel nach Fig. 2. Zur Begrenzung der Hübe der einzelnen Kolben ist auf den Kolbenstangen je ein Anschlag 30 angeordnet.
Es ist ferner zu ersehen, dass die Entlüftungsbohrung 29 nicht in der Mitte des Arbeitszylinders sondern so angeordnet ist, dass eine Entlüftung auch dann noch erfolgen kann, wenn sich beide Kolben in der durch die Anschläge 30 gegebenen innersten Lage befinden.
Es ist zweckmässig, für die Arbeitskolben eine Verdrehsicherung anzuordnen, beispielsweise in Form einer Führungsstange 31, die über einen Bauteil 32 mit dem Arbeitskolben fest verbunden ist und in einer Bohrung 33 des Abschlusskopfes für den betreffenden Arbeitszylinder geführt ist.
Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung ermöglicht, Arbeitshübe in drei Stufen auszuführen, wobei es sich um eine Vorrichtung gemäss Fig. 1 handeln mag. In der Stellung a liegen die Kolben 5,6 an den beiden Wänden der Zwischenwand 2 an und die Kolbenstange 9 ist mit ihrem äusseren Endean einem festen Maschinenteil 34 fixiert. Das äussere Ende der Kolbenstange 10 ist dagegen mittels eines geeigneten Anschlusselementes an den zu bewegenden Maschinenteil, beispielsweise an eine Be-
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entsprechend dem möglichen Hub der Kolbenstange 9, so wird ein Druckmittel durch die Bohrung 19 in den Druckraum zwischen der Wand 2 und dem Kolben 5 eingeführt, während über die Anschlussbohrung 16 gleichzeitig entlüftet wird. Somit bewegt sich der Arbeitszylinder samt dem Kolben 6 um den Hub 0 : nach rechts (Fig. 4b).
Lässt man dagegen das Druckmittel über die Bohrung 20 in den Raum zwischen dem Kolben 6 und der Wand 2 eintreten und entlüftet gleichzeitig, über die Bohrungen 15, so bewegt sich der Kolben 6 mit der Stange 10 nach rechts, wobei aber der Arbeitszvlinder 1 in seiner ursprünglichen Lage unverändert bleibt. Da sich die möglichenHübe der Kol-
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ben 5 und 6 wie 1 : 2 verhalten, wird jetzt der Maschinenteil, also z. B. die zu bewegende Lüftungsklappe, um den Betrag 20 : nach rechts bewegt (Fig. 4c).
Überlagert man die beiden Hübe, d. h. lässt man gleichzeitig über die Bohrungen 10 und 20 Druckmittel in den Arbeitszylinder eintreten, so ergibt sich ein Gesamthub von 3cx, entsprechend Fig. 4d.
Es ist somit zu ersehen, dass mit einem Arbeitszylinder und zwei Arbeitskolben, die durch eine Trennwand voneinander getrennt sind,. mindestens zwei, im Falle verschieden langer Kolbenhub sogar drei Hübe vorbestimmter Grösse ausgeführt werden können. Sieht man eine Steuerung vor, durch die das Druckmittel an jenen Bohrungen in den Kolben eintritt, an dem es bisher ausgetreten war, so werden entgegengesetzt gerichtete Hübe erzielt (doppelt wirkende Arbeitsweise).
In Fig. S ist der Arbeitszylinder gemäss Fig. l mit einem Arbeitszylinder 35 an sich bekannter Ausgestaltung kombiniert, in dem die Kolbenstange 10 mit der Kolbenstange dieses zusätzlichen Zylinders gekuppelt ist. Durch Zuschaltung dieses einfachen Arbeitszylinders können bereits sieben verschiedene Hübe erzielt werden, soferne sich das Verhältnis der Hübe der drei Kolben wie 1 : 2 : 4 verhält. Auch in diesem Fall sind die erzielbaren Arbeitsstufen untereinander gleich.
In Fig. 6 sind zwei doppelt wirkende Arbeitszylinder mit je zwei, also insgesamt vier Kolben miteinander gekuppelt. Das Hubverhältnis der einzelnen Kolben beträgt 1 : 2 : 4 : 8. Wie aus dieser Figur zu ersehen ist, kann man fünfzehn Stufen, dei untereinander gleich sind, erreichen, was in den meisten Anwendungsfällen ausreichen wird. Durch das Variieren der Hübe der einzelnen Kolben kann der jeweils gewünschte Gesamthub erzielt werden, wie aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich ist.
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<tb>
<tb>
Anzahl <SEP> der <SEP> Kolbenstellungen
<tb> Stufen <SEP> Hubverhältnis <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 11 <SEP> 12 <SEP> 13 <SEP> 14 <SEP> 15
<tb> 2 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1+1
<tb> 3 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 1+2 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 21+2 <SEP> 1+1+2 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 1+2 <SEP> 2+2 <SEP> 1+2+2
<tb> 6 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 3 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 1+2 <SEP> 1+3 <SEP> 2+3 <SEP> 1+2+3
<tb> 7 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2 <SEP> :
<SEP> 4 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 1+2 <SEP> 4 <SEP> 1+4 <SEP> 2+4 <SEP> 1+2+4
<tb> 8 <SEP> 1:1:2:4 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 1+2 <SEP> 4 <SEP> 1+4 <SEP> 2+4 <SEP> 1+2+4 <SEP> 1+1+2+4
<tb> 9 <SEP> 1:2:2:2 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 1+2 <SEP> 4 <SEP> 1+4 <SEP> 2+4 <SEP> 1+2+4 <SEP> 2+2+4 <SEP> 1+2+2+4
<tb> 10 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 3 <SEP> : <SEP> 4 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 1+2 <SEP> 4 <SEP> 1+4 <SEP> 2+4 <SEP> 3+4 <SEP> 1+3+4 <SEP> 2+3+4 <SEP> 1+2+3+4
<tb> 11 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 4 <SEP> : <SEP> 4 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 1+2 <SEP> 4 <SEP> 1+4 <SEP> 2+4 <SEP> 1+2+4 <SEP> 4+4 <SEP> 1+4+4 <SEP> 2+4+4 <SEP> 1+2+4+4 <SEP>
<tb> 12 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 4 <SEP> :
<SEP> 5 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 1+2 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 1+5 <SEP> 2+5 <SEP> 1+2+5 <SEP> 4+5 <SEP> 1+4+5 <SEP> 2+4+5 <SEP> 1+2+4+5
<tb> 13 <SEP> 1:2:4:6 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 1+2 <SEP> 4 <SEP> 4+1 <SEP> 6 <SEP> 1+6 <SEP> 2+6 <SEP> 1+2+6 <SEP> 4+6 <SEP> 1+4+6 <SEP> 2+4+6 <SEP> 1+2+4+5
<tb> 14 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 4 <SEP> : <SEP> 6 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 1+2 <SEP> 4 <SEP> 4+1 <SEP> 2+4 <SEP> 7 <SEP> 1+7 <SEP> 2+7 <SEP> 1+2+7 <SEP> 4+7 <SEP> 1+4+7 <SEP> 2+4+7 <SEP> 1+2+4+7
<tb> 15 <SEP> 1:2:4:8 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 1+2 <SEP> 4 <SEP> 1+4 <SEP> 2+4 <SEP> 1+2+4 <SEP> 8 <SEP> 1+8 <SEP> 2+8 <SEP> 1+2+8 <SEP> 4+8 <SEP> 1+4+8 <SEP> 2+4+8 <SEP> 1+2+4+8
<tb>
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sseren Betrag zu öffnen oder zu schliessen ist, so kann dies durch entsprechendes Steuern in einem einzigen Zuge erreicht werden.
Jeder der Zylinder kann durch geeignete Elemente in jeder seiner Endlage verriegelt werden. Die hiefür vorgesehenen Verriegelungselemente, z. B. Stifte, Keile od. dgl., können von Hand oder durch Arbeitszylinder bzw. Elektromagnete betätigt werden. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass bei Ausfall des Druckes des Arbeitsmittels eineverriegelung möglich ist. Bei Ausfall des Arbeitsmittels ist z. B. der kurz- zeitige Einsatz eines Not-Aggregates (Druckspeicher) denkbar, durch den ein Kolben in die gewünschte End- lage gebracht wird, - damit nun das Hilfsaggregat abgeschaltet werden kann. Man verriegelt sodann den Kolben, um das Hilfsaggregatabschalten zu können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur stufenweisen Erzielung von Arbeitswegen mittels hydraulischer oder pneumatischer
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(5,6) vorgesehen sind, deren Kolbenstangen (9, 10) je. einen an den Enden des Arbeitszylinders angeord- neten Kopf (11,12) durchsetzen, und dass für das Ein- bzw. Abströmen des Druckmittels in den beiden Köpfen und/oder in der Zwischenwand Ein- bzw. Auslassöffnungen (15,16, 19,20) vorgesehen sind.