CH564694A5 - Pneumatic piston and cylinder combination - uses double acting hollow piston on central slide to pump hydraulic fluid - Google Patents

Description

  
 



   Die Erfindung bezieht sich auf ein Zylinder-Kolbenaggregat mit einem Zylinder und einem in diesem durch pneumatischen Druck in Axialrichtung beweglichen Kolben mit Kolbenstange.



   Zylinder-Kolbenaggregate, die mit pneumatischem Druck arbeiten, sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt.



  Sie haben indessen den Nachteil, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens und damit der Kolbenstange von der Grösse des Gegendruckes abhängt, als Folge der Kompressibilität der Luft bzw. des verwendeten Gases. Für Anwendungsfälle, bei denen aber eine möglichst gleichmässige Kolbenbewegung notwendig ist, beispielsweise bei spanabhebenden Werkzeugmaschinen, verwendet man hydraulische Druckaggregate. Diese haben zwar den Vorteil, dass eine genaue Einstellung und allenfalls Regulierung der Kolbengeschwindigkeit möglich ist, da das üblicherweise verwendete   Ol    weitgehend inkompressibel ist; anderseits haben sie aber den Nachteil, dass solche Anlagen verhältnismässig teuer werden, da eine   Ölrückleitung    zur Pumpe vorzusehen ist.

  Zudem lassen sich Flüssigkeiten mit hohem Druck nur über verhältnismässig kurze Distanzen in Rohrleitungen tranportieren, da sonst die Druckverluste zu gross werden.



   Mit der Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Zylinder-Kolbenaggregat zu schaffen, das durch Druckluft betrieben werden kann, aber trotzdem eine weitgehend konstante, lastunabhängige Kolbengeschwindigkeit hat.



   Die Erfindung, mit der dies ermöglicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass in der nicht ganz ausgefahrenen Stellung der Kolbenstange sich auf der von der Druckluft-Beaufschlagungsfläche des Kolbens abgewandten Kolbenfläche eine von der Zylinderbohrung umgebene, mit Flüssigkeit gefüllte Ringkammer befindet, die über eine Drosselstelle mit einem sich in der Kolbenstange befindlichen axialen Hohlraum in Durchflussverbindung steht, und dass in den Kolbenstangenhohlraum ein im Zylinder befestigter, sich in Axialrichtung erstrekkender Dorn hineinragt.



   Dadurch ist es möglich, den eigentlichen Druck für die Bewegung des Kolbens auf pneumatischem Wege aufzubringen und lediglich die Steuerung der Kolbengeschwindigkeit hydraulisch vorzunehmen. Ein solches Zylinder-Kolbenaggregat hat zudem den Vorteil, dass gegenüber rein pneumatischen Druckaggregaten praktisch kein zusätzlicher Platzbedarf entsteht und keine Druckflüssigkeits-Rückleitung notwendig ist.



   In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein einfach wirkendes Zylinderkolbenaggregat gemäss der Erfindung,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein doppelwirkendes Zylinder-Kolbenaggregat, in der ausgefahrenen Stellung der Kolbenstange,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Zylinder-Kolbenaggregat gemäss Fig. 2, jedoch in der eingefahrenen Stellung der Kolbenstange.



   Ein vorzugsweise aus Stahl bestehender Zylinder 1 enthält im Innern eine Zylinderbohrung 4, in welcher ein Kolben 3 in Axialrichtung beweglich gleiten kann. Mit diesem Kolben 3 ist eine Kolbenstange 2 starr verbunden. Kolben und Kolbenstange können entweder aus einem einzigen Stück bestehen, oder sie können aus zwei Stücken zusammengesetzt sein.



  Sowohl der Kolben 3 als auch die Kolbenstange 2 sind hohl ausgebildet und nehmen im Innern einen Dorn 5 auf. Zwischen dem Kolben 3 und diesem Dorn 5 sowie zwischen Kolben 3 und der Bohrung des Zylinders 1 befindet sich je ein Dichtungsring 16. Anderseits ist zwischen dem Dorn 5 und der Bohrung der Kolbenstange 2 ein Ringraum 18 vorhanden.



   Am einen Ende des Zylinders 1 befindet sich gemäss Fig. 1 eine Luft-Zuleitung 8, durch welche Druckluft in Richtung des Pfeiles 8 einer ringförmigen Luftkammer 7 zugeführt wird.



  Diese Luftkammer 7 wird radial begrenzt einerseits durch die zylindrische   Aussenfläche    des Dornes 5 und anderseits durch die Bohrung 4 des Zylinders 1. Stirnseitig wird diese Kammer 7 durch die eine Stirnfläche des Kolbens 3 begrenzt. Auf der andern Seite des Kolbens 3 befindet sich eine Ringkammer 15, die mit einer Hydraulikflüssigkeit, vorzugsweise   Öl,    gefüllt ist.



  Zwischen dieser Ringkammer 15 und dem relativ schmalen, koaxial verlaufenden ringförmigen Raum 18 ist eine Bohrung 14 vorhanden, die sich nahe beim Kolben 3 befindet.



   Im Bereich der Stirnseite 10 des Zylinders befindet sich ein in den Raum 18 einmündender Kanal 9, der über eine Drosselstelle 13 mit einem Kolbenstangen-Hohlraum 11 in Durchflussverbindung steht. Diese Drosselstelle enthält eine verstellbare Schraube 12, mit welcher der Durchflussquerschnitt einer Düse von relativ geringem Durchlassvermögen eingestellt und allenfalls verändert werden kann.



   Im Bereich der Zylinderstirnseite 10 ist die Kolbenstange 2 innen und aussen durch im Zylinder gehaltene Dichtungsringe 17 abgedichtet.



   Der Dorn 5 ist mit Hilfe eines Zapfens 6 am einen Ende im Innern des Zylinders 1 starr befestigt. Der Zylinder 1 selbst besteht üblicherweise - in Abweichung zur zeichnerischen Darstellung - aus mehreren, beispielsweise durch Gewinde miteinander verbundenen Teilen. Das Volumen des Hohlraumes 11 entspricht bei ganz ausgefahrener Stellung des Kolbens dem Volumen der Ringkammer 15 und des Ringraumes 18 bei ganz eingefahrener Stellung des Kolbens.



   Die Wirkungsweise dieses Zylinder-Kolbenaggregates gemäss Fig. 1 ist folgende: Druckluft wird durch die Luft Zuleitung 8 in Richtung des Pfeiles 8 der Kammer 7 des Zylinders zugeführt. Diese Druckluft stösst den Kolben 3 und damit die Kolbenstange 2 im Innern der Luftkammer 7 in Richtung des Pfeiles B. Dieser Kolben 3 verdrängt dabei Öl aus der Ringkammer 15, das vorerst über die Bohrung 14 in den schmalen ringförmigen Raum 18 fliesst und von dort in den Kanal 9 und über die Drosselstelle 13 in den Kolbenstangen Hohlraum 11 gelangt. Somit wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 3 durch die Durchflussgeschwindigkeit an der Drosselstelle 13 bestimmt und begrenzt. Die Rückführung des Kolbens und der Kolbenstange 2 in die Ausgangslage erfolgt entweder durch Gegendruck, also entweder durch in der Gegenrichtung wirkende Last oder Feder.

  Die Rücklaufgeschwindigkeit kann unterschiedlich sein gegenüber der Auszugsgeschwindigkeit, beispielsweise durch Anordnung eines zweiten Ventils oder eines zusätzlichen Rückschlagventils, mit dem ein zusätzlicher   Durchflussweg    geschaffen wird. Dieses Zylinder-Kolbenaggregat ist somit bei Zufuhr von Druckluft nur einfach-wirkend.



   In den Fig. 2 und 3 ist ein doppelt-wirkendes Zylinder Kolbenaggregat dargestellt. In diesen Figuren bezeichnen gleiche Bezugzahlen gleiche Teile wie in Fig. 1. In Abweichung gegenüber dem einfach wirkenden Druckaggregat gemäss Fig. 1 ist bei der Ausführungsvariante nach den Fig. 2 und 3 ein zusätzlicher Freikolben 20 vorhanden, mit dem die Rückführung des Kolbens und damit der Kolbenstange 2 in die Ausgangslage erreichbar ist. Dieser Freikolben 20 befindet sich zwischen dem Kolben 3 und dem Endteil 25 des Zylinders 1 und gleitet zwischen der Zylinderbohrung und der Kolbenstange 2. Somit wird die in Fig. 1 enthaltene Ringkammer 15 durch den Freikolben 20 in eine Flüssigkeitskammer 27 und eine Luftkammer 24 unterteilt. Ausserdem ist im Bereich des Endteiles 25 eine weitere Luftzuleitung 22 vorhanden, durch welche Druckluft in Richtung des Pfeiles C der Kammer 24 zugeführt werden kann. 

  Im übrigen sind die Teile entsprechend der Ausführungsform gemäss Fig. 1 ausgebildet.



   Die Wirkungsweise des   doppelt-wirkenden      Zylinder-Kolben.   



  aggregates gemäss den Fig. 2 und 3 ist folgende: Bei einer Zufuhr von Druckluft in Richtung des Pfeiles A über die Luft  zuleitung 8 und bei nicht ausgefahrener Kolbenstange 2 wird auf die Kolbenstirnfläche ein Druck in Richtung der Pfeile F wirksam, der bestrebt ist, den Kolben 3 in Richtung des Pfeiles B zu bewegen. Dies ist aber nur möglich, wenn - analog zur Ausführungsform gemäss Fig. 1 - Flüssigkeit in den Kolbenstangen-Hohlraum 11 strömen kann. Es entsteht somit ein Flüssigkeitsstrom aus der Kammer 27 über die Bohrung 14 in den ringförmigen Raum 18, von dort über den Kanal 9 zur Drosselstelle 12, 13 in den Kolbenstangen-Hohlraum 11.



  Wenn die ausgefahrene Endstellung erreicht ist, kommt der Freikolben 20 über die Öffnung 14 zu liegen und verhindert dadurch ein weiteres Durchströmen von Flüssigkeit, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht.



   Wenn die Kolbenstange in der entgegengesetzten Richtung bewegt werden soll, wird Druckluft durch die Lufteinlassöffnung 22 am andern Zylinderende in Richtung des Pfeiles C zugeführt. Dadurch wirkt auf den Freikolben 20 eine Kraft, die bestrebt ist, den Freikolben 20 in Richtung der Pfeile E zu bewegen. Als Folge dieser Kraft wird Flüssigkeit aus dem Kolbenstangen-Hohlraum 11 verdrängt, die über die Bohrung 14 in die Kammer 27 fliesst. Dadurch erfolgt eine Bewegung der Kolbenstange entgegen der Richtung des Pfeiles B. Der Kolben 3 bewegt sich dabei schneller als der Freikolben 20.

 

  Die Rückzugskraft, welche auf die Kolbenstange einwirkt, ist kleiner als die Auszugskraft bei gleichen Druckverhältnissen für die zugeführte Druckluft.



   Die Ringfläche des Freikolbens 20 muss grösser gewählt werden als die Kreisquerschnittsfläche des Dornes 5 bzw. des Kolbenstangen-Hohlraumes 11.



   Damit die Verstellung der den Drosselquerschnitt bestimmenden Schraube 12 auch nach der Montage leicht durchführbar ist, kann der Dorn 5 auch der Länge nach durchbohrt sein und die Schraube 12 durch diese Bohrung mit Hilfe eines Schraubenziehers od. dgl. verstellt werden. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Zylinder-Kolbenaggregat mit einem Zylinder (1) und einem in diesem durch pneumatischen Druck in Axialrichtung beweglichen Kolben (3) mit Kolbenstange (2), dadurch gekennzeichnet, dass in der nicht ganz ausgefahrenen Stellung der Kolbenstange (2) sich auf der von der Druckluft-Beaufschlagungsfläche des Kolbens (3) abgewandten Kolbenfläche eine von der Zylinderbohrung (4) umgebene, mit Flüssigkeit gefüllte Ringkammer (15) befindet, die über eine Drosselstelle (13) mit einem sich in der Kolbenstange (2) befindlichen axialen Hohlraum (11) in Durchflussverbindung steht, und dass in den Kolbenstangenhohlraum (11) ein im Zylinder (1) befestigter, sich in dessen Axialrichtung erstreckender Dorn (15) hineinragt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Zylinder-Kolbenaggregat nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle (13) sich in einem Kanal (9) des Dornes (5) befindet und durch eine verstellbare Spalt- oder Nadeldüse gebildet ist.

   2. Zylinder-Kolbenaggregat nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolbenstangenhohlraum (11) und der zylindrischen Aussenfläche des Dornes (5) ein mit Flüssigkeit gefüllter Raum (18) vorhanden ist, der mit der Ringkammer (15) kommuniziert.

   3. Zylinder-Kolben aggregat nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass der Raum (18) ringförmig ausgebildet ist, wobei die radiale Ringbreite geringer ist als diejenige der Ringkammer (15) und in der Nähe des Kolbens (3) mindestens eine die Ringkammer (15) mit dem Raum (18) verbindende Öffnung (14) in der Kolbenstange (12) vorhanden ist.

   4. Zylinder-Kolbenaggregat nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein axial verschiebbarer Freikolben (20) vorhanden ist, der die Ringkammer (15) in eine Flüssigkeitskammer (27) und eine Druckluftkammer (24) unterteilt und jedes Zylinderende einen Druckluftanschluss (8, 22) aufweist (Fig. 3).

   5. Zylinder-Kolbenaggregat nach Patentanspruch und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Freikolben (20) zwei Dichtungsringe (21) aufweist, von denen der eine gegen die Kolbenstangen-Aussenfläche und der andere gegen die Zylinderbohrung (4) anliegt, und der Kolben (3) ebenfalls zwei Dichtungsringe (16) enthält, von denen der eine gegen die Zylinderfläche des Dornes (5) und der andere gegen die Zylinderbohrung (4) anliegt.

   6. Zylinderkolbenaggregat nach Patentanspruch und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseite Ringfläche des Freikolbens (20) grösser ist als die Querschnittsfläche des Dornes (5).