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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Kühlen einer pneumatisch betätigten Zylinder-Kolbeneinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluft unter Umspülung des Zylinders entspannt und danach ins Freie geleitet wird.
2. Pneumatisch betätigte Zylinder-Kolbeneinheit, welcher ein Steuerventil (2) vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (7) von einer Expansionskammer (30) umgeben ist, welche mit der Abluftleitung (18) des Steuerventils (2) in Verbindung steht.
3. Zylinder-Kolbeneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionskammer (30) eine perforierte Mantelfläche besitzt.
4. Zylinder-Kolbeneinheit nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche der Expansionskammer (30) durch eine Hülse (31) aus porösem Material gebildet ist und die Querschnittsfläche der Kammer in Strömungsrichtung der Luft abnimmt.
5. Zylinder-Kolbeneinheit nach den Ansprüchen 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (31) exzentrisch zum Zylinder (16) angeordnet ist.
6. Zylinder-Kolbeneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionskammer (30) eine durch eine Blende (34) begrenzte Verteilkammer (32) vorgeschaltet ist.
7. Zylinder-Kolbeneinheit nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (34) an der Anschlussstelle der Abluftleitung (18) an die Kammer (30) angeordnet ist.
8. Zylinder-Kolbeneinheit nach Anspruch 2 wobei das Steuerventil ein Vorsteuerventil aufweist, gekennzeichnet durch einen Kanal (23), mit welchem Abluft des Vorsteuerventils der Abluftleitung (18) zuführbar ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen einer pneumatisch betätigten Zylinder-Kolbeneinheit sowie auf eine solche pneumatisch betätigte Zylinder Kolbeneinheit.
Bei pneumatisch betätigten Zylinder-Kolbeneinheit welche z.B. mittels eines vorgeschalteten Steuerventils betätigt werden, erwärmen sich Zylinder und Kolben bei rascher Betätigungsfolge relativ stark, wodurch die Lebensdauer der Dichtungen und Dämpfungselemente der Einheit herabgesetzt wird. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die aus dem Zylinder über das Steuerventil entweichende Abluft starke störende Geräusche verursacht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Kühlen einer pneumatisch betätigten Zylinder-Kolbeneinheit vorzuschlagen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den im Anspruch 1 gekennzeichneten Massnahmen.
Durch die Entspannung der vom Steuerventil freigegebenen Luft unter Umspülung des Zylinders wird eine wirksame Kühlung erreicht. Die erfindungsgemäss ebenfalls vorgeschlagene pneumatisch betätigte Zylinder-Kolbeneinheit mit vorgeschaltetem Steuerventil ist durch die Massnahmen nach Anspruch 2 gekennzeichnet. Da die Entspannung der Luft innerhalb einer Kammer und vor dem Austritt ins Freie erfolgt, werden die störenden Zischgeräusche stark vermindert.
Zweckmässigerweise kann die Kammer eine perforierte Mantelfläche besitzen und exzentrisch zum Zylinder angeordnet sein.
Auf beiliegender Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt
Fig. 1 einen Axialschnitt durch die Zylinder-Kolbeneinheit mit Steuerventil und
Fig. 2 einen Querschnitt gemäss der Linie ll-ll in der Fig. 1.
In der Zeichnung ist mit 1 allgemein eine Zylinderkolbeneinheit bezeichnet, welcher ein allgemein mit 2 bezeichnetes Steuerventil vorgeschaltet ist. Das Steuerventil 2 ist seinerseits aus einem elektromagnetisch gesteuertem Vorsteuerventil 3 und einem von diesem beherrschten 3-Weg Hauptventil 4 gebildet.
Ein Kolben 5 der Einheit list in einer exzentrisch vorgesehenen Bohrung 6 des Zylinders 7 angeordnet und weist eine zur Betätigung eines Arbeitsorgans bestimmte Kolbenstange 8 auf. Die auf der Seite der Kolbenstange 8 liegende kleinere Kolbenfläche 5a des Kolbens 5 wird über eine Aussparung 10 in einem Zylinderdeckel 9 dauernd mit Druckluft aus einem zur Bohrung 6 parallel verlaufenden Kanal 11 beaufschlagt. Der Kanal 11 steht mit einer Eintrittskammer 12 im Gehäuse 13 des Haupventils 4 in Verbindung, die über einen Druckanschluss 14 ständig mit Druckluft versorgt wird. Das Gehäuse 13 ist mit dem Zylinderdeckel 9 durch nicht dargestellte Zugschrauben verspannt.
In die Bohrung 6 auf der Seite der grösseren Kolbenfläche 5a mündet ein im Gehäuse 13 vorgesehener Kanal 15, der in der dargestellen Lage eines beweglichen Ventilelementes 16 des Hauptventils 4 mit einer Auslasskammer 17 und über diese mit einer Abluftleitung 18 in Verbindung steht.
Es sei angenommen, dass die Lage des Ventilelementes 16 dem stromlosen Zustand des Vorsteuerventils 3 entspricht, wobei eine Druckfeder 19 das Ventilelement 16 in seiner dargestellten Lage hält. Wird das Vorsteuerventil 3 unter Strom gesetzt, so wird eine Membrane 20, die auf der der Druckfeder 19 gegenüberliegenden Seite des Ventilelementes 13 angeordnet ist, mit Druckluft aus einem Kanal 21 beaufschlagt, nachdem das Vorsteuerventil die Verbindung zu einem Kanal 22 freigegeben hat, der in nicht dargestellter Weise mit der Eintrittskammer 12 in Verbindung steht. Durch die Membrane 20 wird das Ventilelement 16 in eine Stellung verschoben, in welcher die Verbindung zwischen der Bohrung 15 und der Eintrittskammer 12 und der Bohrung 15 freigegeben und jene mit der Austrittskammer 17 unterbrochen wird.
Unter der Einwirkung des an der grösseren Kolbenfläche 5b wirkenden Druckes wird der Kolben 5 und damit seine Kolbenstange 8 entgegen dem an der kleineren Kolbenfläche 5a wirkenden Druck in die entgegengesetzte, in der Zeichnung rechtsseitige Endlage verschoben.
Wird das Vorsteuerventil 3 stromlos, so schaltet dieses die Leitung 21 auf Abluft und die Druckfeder 19 ist in der Lage, das Ventilelement 16 in seine dargestellte Ursprungslage zu verschieben. Die Druckluft auf der Seite der grösseren Kolbenfläche 5b kann demnach in die Abluftkammer 17 abströmen, während der Kolben 5 unter dem an der kleineren Kolbenfläche 5a ständig wirkenden Druck in die dargestellte, in der Zeichnung linksseitige Ausgangslage zurückkehrt.
Während die bis dahin beschriebene Funktion der Zylinder Kolbeneinheit 1 und des Steuerventils 2 konventionell ist, wird erfindungsgemäss die in der Auslasskammer 22 zur Verfügung stehende Abluft nicht unmittelbar ins Freie geleitet, sondern zum Kühlen der Zylinder-Kolbeneinheit verwendet. Hierzu ist der Zylinder 7 an seinem Umfang von einer Expansionskammer 30 umgeben, die durch eine zwischen dem Zylinderdeckel 9 und dem Ventilgehäuse 13 eingespannte Hülse 31 begrenzt ist. Die Hülse 31 besteht aus gesintertem Kunststoffmaterial und ist porös, so dass sie eine Vielzahl von Perforationen bzw. Luftdurchlässen enthält. Zwischen dem Zylinder 7 und dem Ventilgehäuse 13 begrenzt ist der Expansionskammer 30 eine Verteilkammer 32 vorgeschaltet, in welche die Abluftleitung 18 des Hauptventiles 4 einmündet.
Die Verteilkammer 32 ist gleich wie die Expansionskammer 30 mit einem ringförmigen Querschnitt ausgestattet, wobei die Querschnittsfläche in Umfangsrichtung von einem Maximum an der Mündung der Abluftleitung 18 auf ein Minimum an der gegenüberliegenden Seite abnimmt. Die Verteilerkammer 32 steht mit der Expansionskammer 30 über einen Ringspalt 33 in Verbindung, der zwischen einer ringförmigen Blende 34 und dem Zylinder 7 angeordnet ist.
Tritt bei der Umschaltung des Hauptventils 4 Druckluft über dessen Austrittskammer 17 in die Abluftleitung 18 so
wird diese der Verteilkammer 32 am Umfang des Zylinders 7 bei gleichzeitiger teilweiser Entspannung vorverteilt, um dann durch den Ringspalt 33 in die Expansionskammer 30 einzutreten. Nach weiterer Entspannung unter Verteilung in dieser Kammer 30 tritt die Luft durch die Perforationen der Hülse 31 ins Freie. Die Abnahme des Querschnittes dieser Kammer in Umfangsrichtung bewirkt eine gleichmässige Verteilung der Luft auf die freie Mantelfläche der Hülse 31, bzw. ihre Perforationen. Infolge des gleichmässig verteilten Druchtrittes von Luft über, bzw. durch die freie Mantelfläche der Hülse erfolgt der Austritt ins Freie praktisch geräuschlos; jedenfalls werden störenden Zischgeräusche vermieden.
Eine noch gleichmässigere Verteilung der Luft auf die Perforationen liesse sich gegebenenfalls noch dadurch erreichen, dass die Querschnittsfläche der Kammer 30 auch in axialer Richtung abnehmend, z.B. mittels einer entsprechend geformten Hülse, ausgestattet würde.
Es sei noch nachgetragen, dass auch die aus dem Vorsteuerventil 3 austretende Druckluft über die Expansionskammer 30 abgeführt werden kann. Hierzu ist die nicht dargestellte Abluftleitung des Vorsteuerventils mit einem in die Auslasskammer 17 mündenden Kanal 23 verbunden. Dementsprechend tritt die Luft von der Oberseite der Membrane 20 gemeinsam mit der Luft aus der Zylinderbohrung 6 in die Abluftleitung 18 ein.
Die Hülse 31 ist ebenfalls für eine Dämmung von Geräuschen veantwortlich, die beim Eintritt der Luft in die Verteilkammer 32, bzw. die Expansionskammer 30 entstehen können.
Durch die dargestellte Anordnung der Kammern 30 und 32 erfolgt die Entspannung und Verteilung der Luft an der Oberfläche des Zylinders 7. Somit umspült die sich entspannende Luft den Zylinder und kühlt diesen infolge ihrer eigenen Abkühlung wirkungsvoll. Die Lebensdauer der Dichtungen und Dämpfungselemente im Zylinder wird damit verlängert.
Soweit die in die Expansionskammer 30 gelangende Luft öl in feiner Verteilung enthält, wird dieses Öl beim Durchtritt der Luft durch die Perforationen abgeschieden und zu Tropfen gesammelt. Eine Beeinträchtigung der Umgebung der Einheit durch Ölnebel wird somit vermieden.
Die Bedeutung der beschriebenen Massnahmen ist dann besonders gross, wenn die Zylinder-Kolbeneinheit pro Zeiteinheit häufig Betätigungen mit grösserer Geschwindigkeit ausführen muss.
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PATENT CLAIMS
1. A method for cooling a pneumatically actuated cylinder-piston unit, characterized in that the exhaust air is expanded while purging around the cylinder and then conducted outside.
2. Pneumatically operated cylinder-piston unit, which is connected upstream of a control valve (2), characterized in that the cylinder (7) is surrounded by an expansion chamber (30) which is connected to the exhaust line (18) of the control valve (2) .
3. Cylinder-piston unit according to claim 2, characterized in that the expansion chamber (30) has a perforated outer surface.
4. Cylinder-piston unit according to claims 2 and 3, characterized in that the outer surface of the expansion chamber (30) is formed by a sleeve (31) made of porous material and the cross-sectional area of the chamber decreases in the direction of flow of the air.
5. Cylinder-piston unit according to claims 2-4, characterized in that the sleeve (31) is arranged eccentrically to the cylinder (16).
6. Cylinder-piston unit according to claim 2, characterized in that the expansion chamber (30) is preceded by a distribution chamber (32) delimited by an aperture (34).
7. Cylinder-piston unit according to claims 2 and 6, characterized in that the diaphragm (34) is arranged at the connection point of the exhaust air line (18) to the chamber (30).
8. Cylinder-piston unit according to claim 2, wherein the control valve has a pilot valve, characterized by a channel (23) with which exhaust air of the pilot valve of the exhaust line (18) can be supplied.
The present invention relates to a method for cooling a pneumatically operated cylinder-piston unit and to such a pneumatically operated cylinder-piston unit.
In the case of pneumatically operated cylinder-piston units, which e.g. are actuated by means of an upstream control valve, the cylinder and piston heat up relatively quickly with a rapid actuation sequence, as a result of which the service life of the seals and damping elements of the unit is reduced. Another disadvantage is that the exhaust air escaping from the cylinder via the control valve causes strong disturbing noises.
The object of the invention is to propose a method for cooling a pneumatically actuated cylinder-piston unit. This problem is solved with the measures characterized in claim 1.
Effective cooling is achieved by relaxing the air released by the control valve while purging around the cylinder. The pneumatically operated cylinder-piston unit with an upstream control valve, which is likewise proposed according to the invention, is characterized by the measures according to claim 2. Since the air is released inside a chamber and before it is released outside, the annoying hissing noises are greatly reduced.
The chamber can expediently have a perforated lateral surface and be arranged eccentrically to the cylinder.
On the accompanying drawing, an embodiment of the subject of the invention is shown, and that shows
Fig. 1 shows an axial section through the cylinder-piston unit with control valve and
FIG. 2 shows a cross section along the line II-II in FIG. 1.
In the drawing, 1 generally designates a cylinder piston unit, which is preceded by a control valve, generally designated 2. The control valve 2 is in turn formed from an electromagnetically controlled pilot valve 3 and a 3-way main valve 4 controlled by it.
A piston 5 of the unit is arranged in an eccentrically provided bore 6 of the cylinder 7 and has a piston rod 8 intended for actuating a working member. The smaller piston surface 5a of the piston 5 lying on the side of the piston rod 8 is continuously pressurized with compressed air from a channel 11 running parallel to the bore 6 via a recess 10 in a cylinder cover 9. The channel 11 is connected to an inlet chamber 12 in the housing 13 of the main valve 4, which is constantly supplied with compressed air via a pressure connection 14. The housing 13 is clamped to the cylinder cover 9 by lag screws, not shown.
A channel 15 provided in the housing 13 opens into the bore 6 on the side of the larger piston surface 5a and, in the illustrated position of a movable valve element 16 of the main valve 4, communicates with an outlet chamber 17 and via this with an exhaust air line 18.
It is assumed that the position of the valve element 16 corresponds to the de-energized state of the pilot valve 3, a compression spring 19 holding the valve element 16 in its position shown. If the pilot valve 3 is energized, a diaphragm 20, which is arranged on the side of the valve element 13 opposite the compression spring 19, is pressurized with compressed air from a channel 21 after the pilot valve has released the connection to a channel 22, which in is not shown in connection with the inlet chamber 12 in connection. Through the membrane 20, the valve element 16 is moved into a position in which the connection between the bore 15 and the inlet chamber 12 and the bore 15 is released and that with the outlet chamber 17 is interrupted.
Under the action of the pressure acting on the larger piston surface 5b, the piston 5 and thus its piston rod 8 are moved against the pressure acting on the smaller piston surface 5a into the opposite end position on the right in the drawing.
If the pilot valve 3 is de-energized, it switches the line 21 to exhaust air and the compression spring 19 is able to move the valve element 16 into its original position shown. The compressed air on the side of the larger piston surface 5b can accordingly flow into the exhaust air chamber 17, while the piston 5 returns to the starting position shown on the left in the drawing under the pressure constantly acting on the smaller piston surface 5a.
While the previously described function of the cylinder piston unit 1 and the control valve 2 is conventional, according to the invention the exhaust air available in the outlet chamber 22 is not conducted directly outside, but is used to cool the cylinder piston unit. For this purpose, the cylinder 7 is surrounded on its periphery by an expansion chamber 30 which is delimited by a sleeve 31 clamped between the cylinder cover 9 and the valve housing 13. The sleeve 31 consists of sintered plastic material and is porous, so that it contains a large number of perforations or air passages. Between the cylinder 7 and the valve housing 13, the expansion chamber 30 is preceded by a distribution chamber 32, into which the exhaust line 18 of the main valve 4 opens.
Like the expansion chamber 30, the distribution chamber 32 is provided with an annular cross section, the cross-sectional area in the circumferential direction decreasing from a maximum at the mouth of the exhaust air line 18 to a minimum on the opposite side. The distributor chamber 32 is connected to the expansion chamber 30 via an annular gap 33 which is arranged between an annular diaphragm 34 and the cylinder 7.
Compressed air occurs when the main valve 4 is switched over its outlet chamber 17 into the exhaust air line 18
this is pre-distributed to the distribution chamber 32 on the circumference of the cylinder 7 with simultaneous partial relaxation, in order then to enter the expansion chamber 30 through the annular gap 33. After further relaxation with distribution in this chamber 30, the air emerges through the perforations in the sleeve 31. The decrease in the cross section of this chamber in the circumferential direction causes an even distribution of the air on the free outer surface of the sleeve 31, or its perforations. As a result of the evenly distributed passage of air through or through the free outer surface of the sleeve, the outlet into the open occurs practically noiselessly; in any case, annoying hissing noises are avoided.
An even more even distribution of the air over the perforations could possibly be achieved by reducing the cross-sectional area of the chamber 30 in the axial direction, e.g. by means of an appropriately shaped sleeve.
It should also be added that the compressed air emerging from the pilot valve 3 can also be discharged via the expansion chamber 30. For this purpose, the exhaust air line of the pilot valve, not shown, is connected to a channel 23 opening into the outlet chamber 17. Accordingly, the air from the top of the membrane 20 together with the air from the cylinder bore 6 enters the exhaust air line 18.
The sleeve 31 is also responsible for the insulation of noises which can arise when the air enters the distribution chamber 32 or the expansion chamber 30.
Due to the arrangement of the chambers 30 and 32 shown, the expansion and distribution of the air on the surface of the cylinder 7 takes place. Thus, the relaxing air flows around the cylinder and cools it effectively due to its own cooling. This extends the life of the seals and damping elements in the cylinder.
As far as the air entering the expansion chamber 30 contains oil in a fine distribution, this oil is separated when the air passes through the perforations and collected into drops. Impairment of the surroundings of the unit by oil mist is thus avoided.
The importance of the measures described is particularly great when the cylinder-piston unit frequently has to perform operations at a higher speed per unit of time.