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.
The invention relates to a cylinder-piston unit with a cylinder and a piston with a piston rod which can be moved in the cylinder by pneumatic pressure in the axial direction.
Cylinder-piston units that work with pneumatic pressure are known in various embodiments.
However, they have the disadvantage that the speed of movement of the piston and thus of the piston rod depends on the magnitude of the counter pressure, as a result of the compressibility of the air or the gas used. Hydraulic pressure units are used for applications in which a piston movement that is as uniform as possible is required, for example in cutting machine tools. These have the advantage that the piston speed can be precisely set and, if necessary, regulated, since the oil commonly used is largely incompressible; on the other hand, they have the disadvantage that such systems are relatively expensive, since an oil return line to the pump must be provided.
In addition, liquids at high pressure can only be transported over relatively short distances in pipelines, as otherwise the pressure losses would be too great.
The invention aims to achieve the object of creating a cylinder-piston unit that can be operated by compressed air, but nevertheless has a largely constant, load-independent piston speed.
The invention, with which this is made possible, is characterized in that in the not fully extended position of the piston rod, on the piston surface facing away from the compressed air application surface of the piston, there is an annular chamber surrounded by the cylinder bore and filled with liquid, which is via a throttle point is in flow connection with an axial cavity located in the piston rod, and that a mandrel fastened in the cylinder and extending in the axial direction protrudes into the piston rod cavity.
This makes it possible to apply the actual pressure for moving the piston pneumatically and only to control the piston speed hydraulically. Such a cylinder-piston unit also has the advantage that compared to purely pneumatic pressure units, there is practically no additional space requirement and no pressure fluid return line is necessary.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing. Show it:
1 shows a longitudinal section through a single-acting cylinder-piston unit according to the invention,
2 shows a longitudinal section through a double-acting cylinder-piston unit, in the extended position of the piston rod,
3 shows a longitudinal section through a cylinder-piston unit according to FIG. 2, but in the retracted position of the piston rod.
A cylinder 1, which is preferably made of steel, contains a cylinder bore 4 inside, in which a piston 3 can slide movably in the axial direction. A piston rod 2 is rigidly connected to this piston 3. The piston and piston rod can either consist of a single piece or they can be composed of two pieces.
Both the piston 3 and the piston rod 2 are hollow and receive a mandrel 5 inside. Between the piston 3 and this mandrel 5 and between the piston 3 and the bore of the cylinder 1 there is a sealing ring 16. On the other hand, there is an annular space 18 between the mandrel 5 and the bore of the piston rod 2.
At one end of the cylinder 1, according to FIG. 1, there is an air supply line 8 through which compressed air is supplied in the direction of the arrow 8 to an annular air chamber 7.
This air chamber 7 is limited radially on the one hand by the cylindrical outer surface of the mandrel 5 and on the other hand by the bore 4 of the cylinder 1. On the other side of the piston 3 there is an annular chamber 15 which is filled with a hydraulic fluid, preferably oil.
Between this annular chamber 15 and the relatively narrow, coaxially extending annular space 18 there is a bore 14 which is located close to the piston 3.
In the area of the end face 10 of the cylinder there is a channel 9 which opens into the space 18 and which is in flow connection via a throttle point 13 with a piston rod cavity 11. This throttling point contains an adjustable screw 12 with which the flow cross-section of a nozzle with a relatively low permeability can be set and, if necessary, changed.
In the area of the cylinder end face 10, the piston rod 2 is sealed inside and outside by sealing rings 17 held in the cylinder.
The mandrel 5 is rigidly attached to one end in the interior of the cylinder 1 with the aid of a pin 6. The cylinder 1 itself usually consists - in contrast to the illustration in the drawing - of several parts connected to one another, for example by threads. When the piston is fully extended, the volume of the cavity 11 corresponds to the volume of the annular chamber 15 and the annular chamber 18 when the piston is fully retracted.
The mode of operation of this cylinder-piston unit according to FIG. 1 is as follows: Compressed air is fed through the air supply line 8 in the direction of arrow 8 to the chamber 7 of the cylinder. This compressed air pushes the piston 3 and thus the piston rod 2 inside the air chamber 7 in the direction of arrow B. This piston 3 displaces oil from the annular chamber 15, which initially flows through the bore 14 into the narrow annular space 18 and from there into passes through the channel 9 and via the throttle point 13 into the piston rod cavity 11. The speed of movement of the piston 3 is thus determined and limited by the flow rate at the throttle point 13. The return of the piston and the piston rod 2 to the starting position takes place either through counter pressure, that is, through either a load acting in the opposite direction or a spring.
The return speed can be different compared to the pull-out speed, for example by arranging a second valve or an additional check valve with which an additional flow path is created. This cylinder-piston unit is therefore only single-acting when compressed air is supplied.
In FIGS. 2 and 3, a double-acting cylinder piston unit is shown. In these figures, the same reference numerals designate the same parts as in FIG. 1. In contrast to the single-acting pressure unit according to FIG. 1, the variant according to FIGS. 2 and 3 has an additional free piston 20 with which the piston can be returned and thus the piston rod 2 can be reached in the starting position. This free piston 20 is located between the piston 3 and the end part 25 of the cylinder 1 and slides between the cylinder bore and the piston rod 2. Thus, the annular chamber 15 contained in FIG. 1 is divided by the free piston 20 into a liquid chamber 27 and an air chamber 24. In addition, there is another air supply line 22 in the area of the end part 25, through which compressed air can be supplied to the chamber 24 in the direction of the arrow C.
Otherwise, the parts are designed according to the embodiment according to FIG.
How the double-acting cylinder-piston works.
aggregates according to FIGS. 2 and 3 is as follows: When compressed air is supplied in the direction of arrow A via the air supply line 8 and when the piston rod 2 is not extended, a pressure in the direction of arrows F is effective on the piston face, which strives to reduce the pressure Move piston 3 in the direction of arrow B. However, this is only possible if - analogously to the embodiment according to FIG. 1 - liquid can flow into the piston rod cavity 11. A flow of liquid thus arises from the chamber 27 via the bore 14 into the annular space 18, from there via the channel 9 to the throttle point 12, 13 into the piston rod cavity 11.
When the extended end position is reached, the free piston 20 comes to rest over the opening 14 and thereby prevents liquid from flowing further through, as can be seen from FIG.
When the piston rod is to be moved in the opposite direction, compressed air is supplied through the air inlet opening 22 at the other end of the cylinder in the direction of arrow C. As a result, a force acts on the free piston 20 which tends to move the free piston 20 in the direction of the arrows E. As a result of this force, liquid is displaced from the piston rod cavity 11 and flows into the chamber 27 via the bore 14. As a result, the piston rod moves in the opposite direction of arrow B. The piston 3 moves faster than the free piston 20.
The retraction force that acts on the piston rod is smaller than the pull-out force with the same pressure conditions for the supplied compressed air.
The ring area of the free piston 20 must be selected to be larger than the circular cross-sectional area of the mandrel 5 or the piston rod cavity 11.
So that the adjustment of the screw 12, which determines the throttle cross-section, can also be carried out easily after assembly, the mandrel 5 can also be pierced lengthwise and the screw 12 can be adjusted through this hole with the aid of a screwdriver or the like.