AT391922B

AT391922B - Druckmittelbetaetigte kolben-zylinderanordnung

Info

Publication number: AT391922B
Application number: AT49288A
Authority: AT
Original assignee: Kuebel Johann
Priority date: 1988-02-26
Filing date: 1988-02-26
Publication date: 1990-12-27
Also published as: ATA49288A

Description

Nr. 391 922

Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetätigbare Kolben-Zylinderanordnung mit einem in einem Zylinder zwischen zwei Endstellungen verschiebbar gelagerten Kolbengrundkörper, der an seiner einen Stirnseite mit einer abstehenden Kolbenstange verbunden ist, wobei beidseitig des Kolbengrundköipers über abschließbare Leitungen vom Druckmittel beaufschlagbare Zylinderräume, nämlich ein erster, von der mit ihrer Gesamtfläche wirksamen Stirnseite des Kolbengrundkörpers begrenzter Zylinderraum und ein zweiter von der mit einer um die Querschnittsfläche der Kolbenstange verringerten Fläche wirksamen Stirnseite des Kolbengrundkörpers begrenzter Zylinderraum, vorgesehen sind, welche Zylinderräume über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind. Als Druckmittel kann ein Hydraulikmedium oder Druckluft Verwendung finden.

Es sind bereits einfachwirkende Kolben-Zylinderanordnungen und doppeltwirkende Kolben-Zylinderanordnungen bekannt. Bei den einfachwirkenden Kolben-Zylinderanordnungen wird lediglich in den von einer Stirnseite des Kolbens begrenzten Zylinderraum Druckmittel eingeleitet, wodurch der Kolben von seiner einen Endstellung in seine zweite Endstellung verschoben wird. Die Rückkehr des Kolbens in seine erste Endstellung erfolgt bei Druckentlastung des Zylinderraumes beispielsweise durch die mit der Kolbenstange verbundene Last. Die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Kolben und damit auch die Kolbenstange bei einer Druckbeaufschlagung der Stirnseite des Kolbens bewegen, ist einerseits von der Größe der Fläche dieser Stirnseite, auf die das Druckmittel einwirkt, anderseits vom Druck des zugeführten Druckmittels abhängig. Beide Faktoren können nicht in beliebiger Weise vergrößert werden. So ist beispielsweise die Größe der wirksamen Fläche der Kolbenstimseite durch die gegebenen Platzverhältnisse für die Unterbringung der Kolben-Zylinderanordnung beschränkt.

Bei doppeltwirkenden Kolben-Zylinderanordnungen sind beidseitig des Kolbens Zylinderräume vorgesehen, welchen abwechselnd Druckmittel zugeführt wird, so daß der Kolben einmal nach der einen Richtung, einmal nach der entgegengesetzten Richtung bewegt wird.

Aus der DE-AS 24 51 999 ist ein druckmittelbetriebener Stellmotor bekannt geworden, der einen Differenzialkolben aufweist, zu dessen beiden Seiten Kolbenräume vorgesehen sind, wobei der eine Kolbenraum von der vollen Stirnfläche des Kolbens und der andere Kolbenraum von der um die Querschnittsfläche der Kolbenstange verringerten Stirnfläche des Kolbens begrenzt ist An der Mantelfläche des Differenzialkolbens sind Einkerbungen vorgesehen, welche Arbeitsdrosseln bzw. Haltedrosseln bilden, wodurch bei Druckmittelbeaufschlagung zwischen den beiden Kolbenräumen ein Druckgefälle erzielt wird. Diese Anordnung bewirkt jedoch keine Kolbenbeschleunigung in der Anfangsphase der Kolbenbewegung und auch keine Verzögerung in der Endphase der Kolbenbewegung, vielmehr bewegt sich der Kolben mit einer bestimmten gleichbleibenden Geschwindigkeit

Die DD-PS 115 187 offenbart eine bekannte Endlagendämpfung in hydraulischen Arbeitszylindem, bei welcher das im Kolbenraum befindliche Druckmittel über eine Drosselsteuerung äbgeführt wird. Eine Kolbenbeschleunigung in der Anfangsphase der Bewegung wird hiedurch nicht erzielt. Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht auch darin, daß sie viskositätsabhängig arbeitet.

Aus der CH-PS 569 886 ist eine Kolben-Zylinderanordnung mit einem Stufenkolben bekannt geworden, bei welchem zunächst die kleinere Kolbenfläche verringerten Durchmessers und nach dem Austreten derselben aus einem Zylinderraum verringerten Durchmessers die gesamte Kolbenfläche vom Druckmedium beaufschlagt wird, wodurch die auf den Kolben wirkende Kraft erhöht wird.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine einfach wirkende Kolben-Zylinderanordnung zu schaffen, bei welcher eine wesentliche Geschwindigkeitssteigerung der Kolbenbewegung und vorzugsweise in der Endphase der Kolbenbewegung auch eine sichere Abbremsung des Kolbens gewährleistet ist. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt, ausgehend von einer druckmittelbetätigbaren Kolben-Zylinderanordnung der eingangs beschriebenen Art, die Erfindung vor, daß an wenigstens der den ersten Zylinderraum begrenzenden Stirnseite des Kolbengrundkörpers ein Kolbenteil mit gegenüber dem Kolbengrundkörper verringertem Durchmesser angeordnet ist, dessen Mantelfläche in einer Endstellung des Kolbens an der Innenwand einer Hülse dichtend geführt ist, welche Innenwand mit Öffnungen versehen ist, die in einen vom ersten Zylinderraum abgedichteten Raum münden, der über eine Leitung mit dem zweiten Zylinderraum verbunden ist, daß die Hülse einen Verschlußteil bildet, durch den die Verbindungsleitung abschließbar ist, bis der Kolbenteil verringerten Durchmessers aus der Hülse ausgetreten ist, und daß der Querschnitt der Verbindungsleitung größer ist als der Querschnitt der Öffnungen.

Befindet sich der Kolben in seiner einen Endstellung, in der die Mantelfläche des Kolbenteiles verringerten Durchmessers an der Innenwand der Hülse dichtend anliegt und dadurch die Öffnungen in der Innenwand verschließt, so herrscht im ersten Zylinderraum der volle, vom Druckmittel aufgebrachte Druck, wogegen der zweite Zylinderraum drucklos ist, da durch den Abschluß der Öffnungen und die Verbindungsleitung kein Druckmedium in den zweiten Zylinderraum gelangt, bis der Kolbenteil verringerten Durchmessers aus der Hülse ausgetreten ist. Da die wirksame Kolbenfläche im ersten Zylinderraum größer ist als die wirksame Kolbenfläche im zweiten Zylinderraum, wird der Kolben in Richtung zum zweiten Zylinderraum verschoben. Bei dieser Kolbenbewegung werden die Öffnungen in der Hülse nach und nach aufgesteuert, da sie nicht mehr von der Mantelfläche des Kolbenteiles verringerten Durchmessers überdeckt sind. Das Druckmittel gelangt nun über diese Öffnungen in den vom ersten Zylinderraum abgedichteten Raum, der über die Leitung mit dem zweiten Zylinderraum verbunden ist, sodaß ein allmählicher Druckausgleich zwischen den beiden Zylinderräumen erfolgt, -2-

Nr. 391 922 der Druck im zweiten Zylinderraum somit kontinuierlich ansteigt, bis schließlich nach Austreten des Kolbenteiles verringerten Durchmessers aus der Hülse die Verbindungsleitung geöffnet wird und dann ein vollständiger Druckausgleich zwischen den beiden Zylinderräumen erfolgt. Dadurch wird eine Geschwindigkeitssteigerung der Kolbenbewegung erzielt, welche praktisch kontinuierlich bis zu einem Maximalwert erfolgt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Außenwand der Hülse in Abstand von der Innenfläche des Zylinders angeordnet und der abgedichtete Raum von dem zwischen der Außenwand der Hülse und der Innenfläche des Zylinders vorgesehenen Ringraum gebildet. Bei dieser Anordnung läßt sich der abgedichtete Raum in konstruktiv einfacher Weise herstellen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind sowohl der erste als auch der zweite Zylinderraum über eine gemeinsame Zufuhrleitung mit einer Druckmittelquelle verbunden, wobei in die zum zweiten Zylinderraum führende Leitung eine Drosselstelle eingeschaltet ist. Bei dieser Anordnung läßt sich die Druckmittelzufuhr zu den beiden Zylinderräumen in konstruktiv einfacher Weise steuern, wobei durch Anordnung der Drosselstelle gewährleistet ist, daß sich im zweiten Zylinderraum ein Druck erst mit einer zeitlichen Verzögerung aufbaut, sodaß dieser zweite Zylinderraum bei Zufuhr des Druckmittels zunächst drucklos ist, sodaß in der Anfangsphase der Kolbenbewegung dieser zweite Zylinderraum praktisch drucklos ist, wie dies für die einwandfreie Funktion der erfindungsgemäßen Anordnung erforderlich ist

Die Verbindungsleitung ist vorzugsweise im Kolbengrundkörper vorgesehen, wodurch ein Abschließen dieser Verbindungsleitung durch die Hülse zu Beginn der Kolbenbewegung in konstruktiv einfacher Weise möglich ist. Diese Verbindungsleitung kann beispielsweise von einer Längsbohrung im Kolben gebildet sein. Zweckmäßig ist es jedoch, wenn die Verbindungsleitung von am Umfang des Kolbengrundkörpers in Achsrichtung desselben verlaufenden Nuten gebildet ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann nicht nur zur Erzielung der gewünschten Anfahrgeschwindigkeit des Kolbens am Beginn der Kolbenbewegung, sondern auch für die erforderliche Abbremsung des sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Kolbens, wenn dieser seine Endlage erreicht, verwendet werden. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß die Anordnung so getroffen, daß beide Stirnseiten des Kolbengrundkörpers mit einem Kolbenteil mit gegenüber dem Kolbengrundkörper verringertem Durchmesser versehen sind, wobei jeder Kolbenteil verringerten Durchmessers in der jeweiligen Endstellung des Kolbengrundkörpers an der Innenwand einer zugehörigen Hülse dichtend geführt ist, die mit Öffnungen versehen ist und einen Verschlußteil für die Verbindungsleitung bildet. Diese Anordnung ermöglicht ein kontinuierliches Abbremsen des Kolbens, wenn dieser seine Endlage erreicht, da sich dann ein Gegendruck auf baut, der kontinuierlich verringert wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles schematisch veranschaulicht. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kolben-Zylinderanordnung. Fig. 2 stellt einen Querschnitt nach der Linie (II - Π) in Fig. 1 dar.

Die erfindungsgemäße Kolben-Zylinderanordnung weist einen Zylinder (1) auf, in dem ein Kolben (2) zwischen zwei Endstellungen verschiebbar gelagert ist. Der Kolben (2) weist eine Stufenbohrung auf, in der eine eine entsprechende Abstufung aufweisende Kolbenstange (3) eingesetzt ist, welche an ihrem in der Zeichnung rechts dargestellten Ende mit einem Gewinde versehen ist, auf das eine Gewindemutter (4) aufgeschraubt ist, durch welche die Kolbenstange (3) mit dem Kolben (2) verbunden ist. Das der Gewindemutter (4) gegenüberliegende Ende der Kolbenstange (3) ist in nicht näher dargestellter, an sich bekannter Weise mit einer durch die Verschiebung der Kolbenstange (3) betätigbaren Einrichtung verbunden.

Der Kolben (2) besteht aus einem Kolbengrundkörper (5) mit einem Durchmesser, der dem Innendurchmesser des Zylinders (1) entspricht, und aus beidseitig von diesem Kolbengrundkörper (5) abstehenden Kolbenteilen (6), (7) mit einem gegenüber dem Kolbengrundköiper verringerten Durchmesser.

Die von der Stirnfläche der Kolbenstange (3), der Stirnfläche der Gewindemutter (4) und der freien Kolbenstimfläche gebildete wirksame, von einem Druckmittel beaufschlagte Stirnseite (8) des Kolbens (2) begrenzt einen ersten Zylinderraum (9), dem das Druckmittel über eine Leitung (10) zugeführt wird, die gegenüber der wirksamen Stirnseite (8) in ihrer Fläche um die Querschnittsfläche der Kolbenstange (3) verringerte wirksame, vom Druckmittel beaufschlagte Stirnseite (11) des Kolbens (2) begrenzt einen zweiten Zylinderraum (12), dem dieses Druckmittel über eine Leitung (13) zugeführt wird.

An den beiden stimseitigen Enden des Zylinders (1) sind Endstücke (14) angebracht, welche somit die Zylinderräume (9), (12) begrenzen. In dem diesen Endstücken (14) benachbarten Abschnitt der Zylinderräume (9) , (12) sind Hülsen (15), (15’) angeordnet, deren Außenfläche in Abstand von der Innenfläche des Zylinders (1) angeordnet sind und die über nach außen abstehende Flansche (16), (16*), deren Umfang an der Innenfläche des Zylinders (1) anliegt, im Zylinder (1) zentriert sind. Durch diese in Abstand von der Innenfläche des Zylinders (1) angeordneten Hülsen (15), (15*) werden Ringräume (17), (17*) gebildet, die durch die Flansche (16), (16') gegenüber den Zylinderräumen (9), (12) abgedichtet sind, jedoch über Öffnungen (18), (18') mit diesen Zyünderräumen verbunden sind.

Das Druckmittel wird von einem Druckmittelbehälter (19) mittels einer Druckmittelpumpe (20) in eine Zufuhrleitung (21) gepumpt, in welcher ein Absperrventil (22) angeordnet ist. In Strömungsrichtung gesehen nach diesem Absperrventil verzweigt sich die Leitung (21) in die zum ersten Zylinderraum (9) führende Leitung (10) und in die zum zweiten Zylinderraum (12) führende Leitung (13), in welcher ein weiteres Absperrventil -3-

Claims

Nr. 391 922 (23) angeordnet ist. In Strömungsrichtung gesehen vor dem Absperrventil (23) befindet sich eine Drosselstelle (24) , in Strömungsrichtung gesehen nach dem Absperrventil (23) zweigt eine zum Druckmittelbehälter (19) führende Rückführungsleitung (25) ab, in die ein weiteres Absperrventil (26) eingeschaltet ist. Von der Leitung (13) zweigen weiters Abzweigleitungen (27), (27') ab, die mit den Ringräumen (17), (17') verbunden sind. Die Absperrventile (22), (23), (26) werden gemeinsam betätigt, wobei dann, wenn die Absperrventile (22), (23) geschlossen sind, das Absperrventil (26) geöffnet ist, und umgekehrt. Im Kolbengrundkörper (5) des Kolbens (2) sind, wie auch aus Fig. 2 ersichtlich ist, in Achsrichtung des Kolbens (2) verlaufende Nuten (28) vorgesehen. Diese Nuten (28) bilden Verbindungsleitungen zwischen dem ersten Zylinderraum (9) und dem zweiten Zylinderraum (12). In Fig. 1 ist der Kolben (2) in seiner rechten Endlage dargestellt. Da der Außendurchmesser des Kolbenteiles (7) verringerten Durchmessers dem Innendurchmesser der Hülse (15) entspricht, ist der Kolbenteil (7) in der Hülse (15) dichtend geführt, wobei in der Endlage die Nuten (28) im Kolbengrundkörper (5) abgeschlossen sind. Werden in dieser Endlage die Absperrventile (22), (23) geöffnet und das Absperrventil (26) geschlossen, so erfolgt durch die Druckmittelpumpe (20) eine Zufuhr von Druckmittel über die Leitung (10) zunächst in den ersten Zylinderraum (9). Gleichzeitig erfolgt die Freigabe der zum zweiten Zylinderraum (12) führenden Leitung (13), wobei jedoch der Druckaufbau in diesem zweiten Zylinderraum (12) infolge der Anordnung der Drosselstelle (24) mit einer Zeitverzögerung erfolgt. Zunächst wird somit lediglich im ersten Zylinderraum (9) ein Druck aufgebaut. Die wirksame Kolbenfläche in diesem ersten Zylinderraum (9) ist in der Anfangsphase der Kolbenbewegung die Stirnfläche des Kolbenteiles (7) verringerten Durchmessers. Diese Stirnfläche ist größer als die wirksame Kolbenfläche im zweiten Zylinderraum (12), da diese um den Querschnitt der Kolbenstange (3) verringert ist. Durch das Druckmittel wird somit auf den Kolben (2) eine Kraft ausgeübt, wodurch sich der Kolben (2), praktisch ohne Gegendruck im zweiten Zylinderraum (12), in Fig. 1 nach links bewegt. Bei dieser Bewegung des Kolbens (2) werden die Öffnungen (18) in der Hülse (15) nach und nach aufgesteuert, da sie dann nicht mehr von der Mantelfläche des Kolbenteiles (7) verringerten Durchmessers überdeckt sind. Wie bereits erwähnt, ist das Absperrventil (26) geschlossen, sodaß über die Leitung (25) keine Druckentlastung des zweiten Zylinderraumes (12) erfolgt. Das Druckmittel gelangt nun über die Öffnungen (18) in den Ringraum (17) und von dort über die Leitungen (27), (13) in den zweiten Zylinderraum (12), sodaß ein kontinuierlicher Druckausgleich zwischen den beiden Zylinderräumen (9), (12) stattfindet. Dieser allmählich, somit nicht schlagartig erfolgende Druckausgleich ist abgeschlossen, wenn der Kolbenteil (7) verringerten Durchmessers aus der Hülse (15) ausgetreten ist, da dann die Verbindungsleitung (28), deren Querschnitt wesentlich größer ist als jener da- Öffnungen (18), aufgesteuert und somit wirksam wird. Dadurch erfolgt eine kontinuierliche Geschwindigkeitssteigerung der Kolbenbewegung. Am Ende der Bewegung des Kolbens (2) von der in Fig. 2 rechten Endlage in die in Fig. 1 linke Endlage tritt der Kolbenteil (6) verringerten Durchmessers in die Hülse (15*) ein, wodurch die Nuten (28) im Kolbengrundkörper (5) des Kolbens (2) abgeschlossen werden. Das sich noch innerhalb der Hülse (15') befindliche Druckmittel kann nun nur mehr über die Öffnungen (18) in der Hülse (15') in den Ringraum (17') entweichen, von wo es über die Abzweigleitungen (27’) abgeführt wird. Zunächst ist ein Entweichen des Druckmittels über sämtliche in der Hülse (15’) vorgesehene Öffnungen (18) möglich. Je weiter der Kolbenteil (6) verringerten Durchmessers in die Hülse (15') eindringt, desto mehr der Öffnungen (18) werden verschlossen, so daß die Abfuhr des innerhalb der Hülse befindlichen Druckmittels über eine geringere Anzahl von Öffnungen möglich ist Dadurch wird ein Gegendruck aufgebaut, der eine wirksame Bremsung des sich mit großer Geschwindigkeit seiner Endlage nähernden Kolbens (2) sicherstellt, so daß trotz der hohen Geschwindigkeit dieses Kolbens dieser bei Erreichung seiner Endlage nicht hart aufschlägt Die Abfuhr des Druckmittels aus dem Ringraum (17') erfolgt durch Öffnung des Absperrventils (26), wobei gleichzeitig die Absperrventile (22) und (23) geschlossen werden. Die Rückführung des Kolbens (2) in die in Fig. 1 dargestellte rechte Endlage erfolgt mechanisch, wobei durch die Hülse (15) in Verbindung mit dem Kolbenteil (7) verringerten Durchmessers eine Abbremsung desselben bei Erreichung der rechten Endlage in analoger Weise «folgt Um die Strömungsverhältnisse zu verbessern, ist die Umfangskante (29) der beiden Stirnseiten (8), (11), mit welchen der Kolben in die Hülsen (15), (15') eintritt, abgeschrägt. PATENTANSPRÜCHE 1. Druckmittelbetätigbare Kolben-Zylinderanordnung mit einem in einem Zylinder zwischen zwei Endstellungen verschiebbar gelagerten Kolbengrundkörper, der an seiner einen Stirnseite mit einer abstehenden Kolbenstange -4- Nr. 391 922 verbunden ist, wobei beidseitig des Kolbengrundkörpers über abschließbare Leitungen vom Druckmittel beaufschlagbare Zylinderräume, nämlich ein erster, von der mit ihrer Gesamtfläche wirksamen Stirnseite des Kolbengrundkörpers begrenzter Zylinderraum und ein zweiter von der mit einer um die Querschnittsfläche der Kolbenstange verringerten Fläche wirksamen Stirnseite des Kolbengrundkörpers begrenzter Zylinderraum, vorgesehen sind, welche Zylinderräume über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens der den ersten Zylinderraum (9) begrenzenden Stirnseite (8) des Kolbengrundkörpers (5) ein Kolbenteil (7) mit gegenüber dem Kolbengrundkörper (5) verringertem Durchmesser angeordnet ist, dessen Mantelfläche in einer Endstellung des Kolbens (2) an der Innenwand einer Hülse (15) dichtend geführt ist, welche Innenwand mit Öffnungen (18) versehen ist, die in einen vom ersten Zylinderraum (9) abgedichteten Raum (17) münden, der über eine Leitung (27) mit dem zweiten Zylinderraum (12) verbunden ist, daß die Hülse (15) einen Verschlußteil bildet, durch den die Verbindungsleitung (28) abschließbar ist, bis der Kolbenteil (7) verringerten Durchmessers aus der Hülse (15) ausgetreten ist, und daß der Querschnitt der Verbindungsleitung (28) größer ist als der Querschnitt der Öffnungen (18).
2. Kolben-Zylinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand der Hülse (15) in Abstand von der Innenfläche des Zylinders (1) angeordnet ist und daß der abgedichtete Raum (17) von dem zwischen der Außenwand der Hülse (15) und der Innenfläche des Zylinders (1) vorgesehenen Ringraum gebildet ist.
3. Kolben-Zylinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der erste als auch der zweite Zylinderraum (9, 12) über eine gemeinsame Zufuhrleitung (21) mit einer Druckmittelquelle (20) verbunden sind, wobei in die zum zweiten Zylinderraum (12) führende Leitung (13) eine Drosselstelle (24) eingeschaltet ist.
4. Kolben-Zylinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (28) im Kolbengrundkörper (5) vorgesehen ist
5. Kolben-Zylinderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (28) von am Umfang des Kolbengrundkörpers (5) in Achsrichtung desselben verlaufenden Nuten gebildet ist.
6. Kolben-Zylinderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stirnseiten (8, 11) des Kolbengrundkörpers (5) mit einem Kolbenteil (6, 7) mit gegenüber dem Kolbengrundkörper (5) verringertem Durchmesser versehen sind, wobei jeder Kolbenteil verringerten Durchmessers in der jeweiligen Endstellung des Kolbengrundkörpers (5) an der Innenwand einer zugehörigen Hülse (15,15') dichtend geführt ist, die mit Öffnungen (18,18') versehen ist und einen Verschlußteil für die Verbindungsleitung (28) bildet. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -5-