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Die
Erfindung betrifft einen hubverstellbaren Pneumatikzylinder mit
einem im Zylinder verschiebbaren Kolben, einer mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange
sowie einem Anschlag für
die ausgefahrene Stellung der Kolbenstange.
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Bei
hin- und hergehenden Pneumatikzylindern werden in der Regel Anschläge zur Begrenzung des
Hin- und Rückhubes
verwendet, da über
das Medium Druckluft die Hublänge
nicht exakt vorgegeben werden kann. Wenn derartige Anschläge in Verbindung
mit doppelt wirkenden Pneumatikzylindern erforderlich sind, werden
sie in der Regel seitlich außerhalb
des Zylinders an diesem oder dem zugehörigen Maschinengestell angebracht.
Das führt
zu erheblichen Biegebelastungen, die insbesondere deshalb ins Gewicht
fallen, weil die Biegebelastungen auf der Stoßenergie beruhen, die durch
das Auftreffen auf die Endanschläge
hervorgerufen wird.
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Die
U.S.-PS-3,951,042 zeigt und
beschreibt eine Hubsteuerung für
einen Hochdruck-Hydraulikzylinder. In einem Zylinder befindet sich
ein verschiebbarer Kolben, dessen Kolbenstange hohlgebohrt ist und
im Inneren ein axial verschiebbares, aber nicht drehbares Anschlagstück aufnimmt.
Das Anschlagstück
weist Innengewinde auf, in das eine in die hohle Kolbenstange eintretende
Gewindespindel eingreift. Durch Drehen der Gewindespindel läßt sich
die Axialposition des Anschlagstücks
verstellen. Bei seiner Bewegung im Zylinder schlägt der Kolben je nach Einstellung
des Anschlagstücks
gegen dieses in unterschiedlichen Positionen an.
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Wenn
der Kolben auf das Anschlagstück trifft, übt er einen
Zug auf die Gewindespindel aus, der auf zwei Ventile übertragen
wird, die eine Umsteuerung des Hydraulikstroms und damit eine Rückkehr des
Kolbens in die Ausgangsposition bewirken. Das bedeutet, daß der Kolben
bei Erreichen einer vorgegebenen Position über die Ventile die Gegenbewegung
in die Ausgangsposition steuert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pneumatikzylinder der
eingangs genannten Art zu schaffen, der einen integrierten Mechanismus
zur Einstellung der Hublänge
innerhalb einer kompakten Gesamteinheit umfaßt.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist der Pneumatikzylinder gemäß Oberbegriff des Patentansprches
1 dadurch gekennzeichnet, daß die
Kolbenstange hohlzylindrisch mit unrundem Innenquerschnitt ausgebildet
ist, daß der
Kolben und die Kolbenstange koaxial von einer Gewindespindel durchlaufen
werden, auf der sich eine im Umriß unrunde, innerhalb der Kolbenstange
verschiebbare und unverdrehbare Mutter befindet, die mit einer Anschlagschulter
in dem Hohlraum der Kolbenstange zusammenwirkt und deren Längsposition
auf der Gewindespindel durch Drehung der Spindel verstellbar ist,
und daß auf
der Gewindespindel eine Anschlagplatte befestigt ist, die in einer
Federkammer in einem Zylinderkopf an dem der Kolbenstange gegenüberliegenden
Ende des Zylinders gegen eine Druckfeder anschlägt und dadurch die Ausfahrbewegung
der Kolbenstange begrenzt.
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Je
nach der Einstellung der Position der Mutter auf der Spindel trifft
die Anschlagschulter innerhalb der Kolbenstange beim Ausfahren früher oder später auf
die Mutter, die somit hubbegrenzend wirkt. Im einzelnen bewirkt
das Zusammentreffen der Anschlagschulter mit der Mutter, daß die Spindel
in Längsrichtung
verschoben wird und dadurch einen Umschaltvorgang auslöst.
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Vorzugsweise
tritt die Gewindespindel an dem der Kolbenstange gegenüberliegenden
Ende des Zylinders aus, und an diesem austretenden Ende befindet
sich ein Drehantrieb für
die Drehung der Gewindespindel, der von einem einfachen Handrad
bis hin zu einer vollautomatischen Steuerung reichen kann.
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Entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
ist an der Gewindespindel eine Anschlagplatte befestigt, die in
einer Federkammer innerhalb eines Zylinderkopfs an dem der Kolbenstange
gegenüberliegenden
Ende des Zylinders gegen eine Druckfeder anliegt, die beim Zusammentreffen
der beiden erwähnten
Anschläge
zusammengedrückt wird.
Als Druckfeder kann beispielsweise ein Tellerfederpaket verwendet
werden.
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Vorzugsweise
befinden sich in dem erwähnten
Zylinderkopf zwei Endschalter, die in erster Linie der Erkennung
der Position des Kolbens in der eingefahrenen oder ausgefahrenen
Endlage oder einer Zwischenlage dienen, daneben aber auch die Umsteuerung
der Luft beim Hin- und Rückhub
bewirken.
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Der
Endschalter für
die ausgefahrene Stellung der Kolbenstange befindet sich vorzugsweise
innerhalb der Federkammer und erfaßt eine Längsverschiebung der Anschlagplatte
zusammen mit der Gewindespindel beim Zusammendrücken der Feder. Der Endschalter
für die
eingefahrene Stellung kann ebenfalls in dem Zylinderkopf vorgesehen
sein. Vorzugsweise ist zu diesem Zweck an der Rückseite des Kolbens ein über den
Kolben hinausragendes Endstück
vorgesehen, das beim Einziehen der Kolbenstange auf diesen zweiten
Endschalter wirkt.
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Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung
näher erläutert.
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1 zeigt
einen erfindungsgemäßen Pneumatikzylinder
im Längsschnitt
in der eingefahrenen Endlage;
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2 ist
eine entsprechende Darstellung der beweglichen Teile in einer Zwischenlage;
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3 zeigt
die ausgefahrene Endlage von Kolben und Kolbenstange.
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Ein
Pneumatikzylinder gemäß 1 bis 3 ist
insgesamt mit 10 bezeichnet. Der eigentliche Zylinder wird
nach oben in 1 durch einen Zylinderkopf 12 abgeschlossen,
während
sich am unteren Ende des Pneumatikzylinders ein Boden 14 befindet.
Im Inneren des Zylinders 10 wird eine Zylinderkammer 16 gebildet,
in der ein Kolben 18 hin- und hergehend verschiebbar ist.
Der Kolben 18 ist mit einer Kolbenstange 20 verbunden,
die in einem nicht gezeigten Durchlaß des Bodens 14 verschiebbar
geführt
ist. Die Kolbenstange 20 ist in nicht gezeigter Weise mit
dem anzutreibenden Maschinenteil verbunden.
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Zur
Erzielung einer hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens wird abwechselnd
zu beiden Seiten des Kolbens Druckluft in die Zylinderkammer 16 eingeleitet.
Dieser Vorgang wird gesteuert durch eine Steuerung mit einem Umschaltventil,
das in 1 nur gestrichelt angedeutet ist. Die Steuerung und
das Umschaltventil befinden sich in einem Steuergehäuse 22.
An dem Steuergehäuse 22 befinden sich
erkennbar zwei Luftfilter 24, 26, durch die die Luft
auf der jeweils nicht mit Druck beaufschlagten Teilkammer des Zylinders
entweichen kann. Im übrigen
kann das Steuergehäuse
auch getrennt vom Zylinder angeordnet und über Leitungen mit diesem verbunden
sein.
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Die
Kolbenstange 20 ist hohlzylindrisch ausgebildet, besitzt
jedoch einen unrunden Innenquerschnitt. In 1 ist ein
Sechseckquerschnitt angedeutet. In dem dadurch gebildeten Hohlraum
befindet sich, mit Abstand zu den Hohlraumwänden, eine Gewindespindel 28.
Innerhalb des Kolbens 18 ist in das rückwärtige Ende der Kolbenstange 20 ein
Endstück 30 eingesetzt,
das einen nach rückwärts, also
nach oben in 1 gerichteten, hülsenförmigen Ansatz 32 aufweist.
Dieser Ansatz tritt in eine entsprechende Ausnehmung 34 des
Zylinderskopfes 12 ein. In diese Ausnehmung 34 ragt
ein Endschalter 36 hinein, der die Anwesenheit oder Abwesenheit
des Ansatzes 32 registriert und auf diese Weise meldet,
wenn sich der Kolben mit der Kolbenstange in der zurückgezogenen
Stellung befindet, die in 1 gezeigt ist.
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Die
Gewindespindel 28 liegt an ihrem oberen Ende drehfest in
einem Übergangsstück, das
im Zylinderkopf 12 drehbar gelagert ist und mit 38 bezeichnet
ist. Das Übergangsstück 38 ist
schließlich
mit einer Achse 40 verbunden, die durch einen oberen Zylinderdeckel 42 nach
oben austritt und auf der ein Handrad 44 befestigt ist.
Dieses Handrad 44 gestattet somit eine Drehung der Gewindespindel 28.
Die Achse 40 durchläuft
im übrigen
ein auf dem Zylinderdeckel 42 angebrachtes Gehäuse 46,
in dem sich ein automatischer Antrieb zur Drehung der Gewindespindel 28,
aber auch ein Meßsystem
zur Anzeige der Drehposition der Gewindespindel befinden kann.
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Innerhalb
der hohlen Kolbenstange 20 befindet sich auf dem Gewinde
der Gewindespindel 28 eine Mutter 48, die einen
unrunden Außenquerschnitt aufweist,
insbesondere einen Querschnitt, der dem Innenquerschnitt der rohrförmigen Kolbenstange 20 entspricht.
Die Mutter 48 ist somit innerhalb der Kolbenstange 20 axial
verschiebbar, aber nicht drehbar. Da die Mutter 48 mit
Gewindeeingriff auf der Gewindespindel 28 sitzt, führt eine
Drehung der Gewindespindel 28 dazu, daß die Mutter 48 aufwärts und
abwärts
in bezug auf 1 verschoben wird. Der Verschiebeweg
der Mutter 48 ist nach oben durch das Endstück 30 und
nach unten in 1 durch eine Führungsbuchse 50 begrenzt,
die das untere Ende der Gewindespindel 28 innerhalb der
Kolbenstange 20 abstützt
und führt.
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Wie
erwähnt,
tritt das untere Ende der Kolbenstange 20 durch den Boden 14 aus.
In das untere Ende der hohlen Kolbenstange ist ein Endstück 52 eingefügt, an dem
sich ein nicht im einzelnen erläuterter
Gewindeabschnitt zur Befestigung eines Maschinenteils oder Werkzeugs
befindet.
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Die
Mutter 48 bildet einen Anschlag beim Ausfahren der Kolbenstange 20 und
des Kolbens 18. Dies ergibt sich aus einer Gesamtbetrachtung
von 1 bis 3 und insbesondere aus 3.
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Das
Endstück 30,
das in das obere Ende der hohlen Kolbenstange 20 eingesetzt
ist, weist nicht nur den bereits erwähnten, nach oben gerichteten, hülsenförmigen Ansatz 32 auf,
sondern auch einen in die Kolbenstange 20 eintretenden
zylindrischen Abschnitt 54, der die Gewindespindel 28 mit
geringem Abstand umgibt. Der Abschnitt 54 bildet eine Anschlagschulter 56 an
seinem unteren Ende in 1 bis 3, die bei
vollständig
ausgefahrener Kolbenstange gegen die Mutter 48 trifft,
wie 3 zeigt.
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Bei
diesem Zusammentreffen der Teile 30 und 48 wird
ein Stoß ausgeübt, der
die Gewindespindel 28 nach unten in bezug auf die Zeichnung
zieht. Dadurch wird auch das Übergangsstück 38 nach
unten gezogen. Auf dem Übergangsstück 38 ist
eine flanschförmig
nach allen Seiten vorspringende Anschlagplatte 58 befestigt.
Diese Anschlagplatte 58 liegt in einer Federkammer 60 innerhalb
des Zylinderkopfes 12. Zwischen der Anschlagplatte 58 und
dem Boden der Federkammer 60 befindet sich eine Druckfeder 62,
hier in Form von einigen Tellerfedern, die den Stoß beim Zusammentreffen
der Anschlagschulter 56 und der Mutter 48 auffangen.
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Dadurch
wird die Anschlagplatte 58 vorübergehend von einem Endschalter 64 abgezogen,
der im wesentlichen in der Wand der Federkammer 60 liegt und
sich normalerweise, wie 1 und 2 zeigen,
etwa dem Umfang der Anschlagplatte 58 gegenüber befindet.
Durch Verschiebung der Anschlagplatte 58 in die in 3 gezeigte
Stellung wird für
die Steuerung erkennbar, daß die
Kolbenstange ihre ausgefahrene Endstellung erreicht hat. Dies führt dazu,
daß die
Druckluftzufuhr unverzüglich
umgesteuert und die Kolbenstange zurückgezogen wird.