DE10158123A1 - Endlagengedämpfter Druckmittelzylinder - Google Patents

Abstract

Endlagengedämpfter Druckmittelzylinder, insbesondere kurzbauender endlagengedämpfter Pneumatikzylinder, mit einem Zylindergehäuse (1), in dem ein Kolben (2) axial bewegbar untergebracht ist, wobei mindestens eine der hierdurch gebildeten Druckkammern (4a oder 4b) mit Mitteln für eine Endlagendämpfung ausgerüstet ist, wobei die Mittel zur Endlagendämpfung ein am Kolben (2) axial beabstandet angebrachtes und gegenüber diesem axial verschiebbares Dichtelement (10a oder 10b) umfassen, das bei Bewegung des Kolbens (2) in eine Endlage ab Erreichen eines durch die axiale Beabstandung des Dichtelements (10a bzw. 10b) vom Kolben (2) definierten Dämpfungsabstandes X eine im zugeordneten Zylinderdeckel (5a bzw. 5b) angeordnete korrespondierende Druckmittelöffnung (12a bzw. 12b) verschließt, so dass für das restliche aus der Druckkammer (4a bzw. 4b) entweichende Druckmittel nur der durch eine zweite Bypassöffnung (13a bzw. 13b) zur Verfügung gestellte verminderte Strömungsquerschnitt verbleibt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen endlagengedämpften Druckmittelzylinder, insbesondere einen kurzbauenden endlagengedämpften Pneumatikzylinder, mit einem Zylindergehäuse, in dem ein Kolben axial bewegbar untergebracht ist, wobei zumindest eine der hierdurch gebildeten Druckkammern mit Mitteln für eine Endlagendämpfung ausgerüstet ist.
• Derartige Druckmittelzylinder sind als lineare Antriebseinheiten meist in Form von standardisierten Serienprodukten erhältlich. Die im Rahmen dieser Erfindung liegenden Druckmittelzylinder können sowohl hydraulisch als auch pneumatisch betätigt werden. Druckmittelzylinder werden überall dort eingesetzt, wo Maschinen- oder Vorrichtungsteile linear zu verstellen sind, wie beispielsweise bei Textilmaschinen oder Verpackungsanlagen. Druckmittelzylinder der hier interessierenden Art weisen als wesentliche Bestandteile einen Kolben auf, der in einem geschlossenen Zylindergehäuse durch entsprechende Druckmittelbeaufschlagung längsbewegbar ist, um hierüber eine Kraft zu erzeugen. Das Zylindergehäuse ist mit zumindest einem Zylinderdeckel versehen, um die Montage des innenliegenden Kolbens zu ermöglichen. In den meisten Fällen sind Druckmittelzylinder jedoch mit zwei separaten, endseitig am Zylindergehäuse angeordneten Zylinderdeckeln verschlossen.
• In bestimmten Einsatzfällen ist eine Endlagendämpfung bei einem Druckmittelzylinder gewünscht, um ein abruptes Auftreffen des Kolbens auf den Zylinderdeckel zu vermeiden. Bei einer Endlagendämpfung wird die Geschwindigkeit des Kolbens vor Erreichen einer Endlagenposition durch entsprechende Bauteile abgebremst, die meist im Prinzip eine zusätzliche Drosselstelle bilden, welche das aus dem Druckmittelzylinder zu verdrängende Druckmittel hindurchfließen muss, so dass die gewünschte Verzögerung entsteht.
• Ein gattungsgemäßer endlagengedämpfter Druckmittelzylinder geht aus der DE 41 34 063 A1 hervor. Der Druckmittelzylinder besitzt ein Zylindergehäuse, in dem ein zwischen den axial hin- und her bewegbarer Kolben untergebracht ist. In den Endlagen stößt der Kolben gegen zumindest einen Zylinderdeckel. Zur Verringerung des Endlagenaufpralls des Kolbens ist eine Ringlippe eines manschettenartigen Körpers vorgesehen, die entweder am Kolben oder am zugewandten Zylinderdeckel derart angeordnet ist, dass diese einen innenliegenden Dämpfungsraum umschließt, der an der Aufprallseite geöffnet ist. Nähert sich der Kolben an eine Endlage an, so wird der Dämpfungsraum durch einen Teil der Zylinderdeckelfläche verschlossen und im Volumen reduziert. Hierbei entweicht das im Dämpfungsraum eingeschlossene Druckmittel über eine Entlastungsöffnung aus dem Dämpfungsraum, so dass sich eine verzögerte Kolbenbewegung einstellt.
• Diese vorbekannte Lösung weist jedoch den Nachteil auf, dass zur Bewirkung der Endlagendämpfung der von dem manschettenartigen Körper eingeschlossene Dämpfungsraum einem relativ hohen Innendruck ausgesetzt ist, so dass an die Zuverlässigkeit der Dichtungsstelle zwischen der am distalen Ende des manschettenartigen Körpers angeordneten Dichtlippe und dem korrespondierenden Zylinderdeckel erhöhte Anforderungen gestellt sind. Zum einen muss die Manschette dem hohen Innendruck widerstehen und zum anderen muss die Dichtlippe die Manschette gegen den hohen Innendruck abdichten. Hier muss also ein sehr widerstandsfähiges Material zum Einsatz kommen.
• Aus der DE 20 16 980 A1 geht ein weiterer endlagengedämpfter Druckmittelzylinder hervor, bei dem im Vergleich zu der vorstehend diskutierten Lösung das gewünschte Dämpfungsmaß allein von einer entsprechenden Drosselstellenanordnung abhängt. Die Endlagendämpfung des Kolbens wird allein dadurch erreicht, dass im Bereich des Zylinderdeckels in Achsrichtung hintereinander je eine Haupteinlassöffnung und eine Nebeneinlassöffnung für das Druckmittel in der Zylinderwandung vorgesehen sind, von denen die Haupteinlassöffnung durch den im Nahbereich zur Endlage befindlichen Kolben bereits verschlossen ist, wobei die offene Nebeneinlassöffnung über eine einstellbare Drossel das Dämpfungsmaß bestimmt. Diese Mittel zur Endlagendämpfung sind jeweils endseitig in einem seitlich am Zylindergehäuse befestigten Block angeordnet.
• Ein Nachteil dieser Lösung besteht jedoch darin, dass in Folge der Verlagerung der Mittel zur Endlagendämpfung aus dem Innern des Zylindergehäuses heraus die äußeren Abmessungen des Druckmittelzylinders vergrößert werden. Durch die zusätzlichen Blöcke wird zudem die Form des Druckmittelzylinders zerklüftet. Zwar ist es auch denkbar, diese Mittel zur Endlagendämpfung direkt in den Zylinderdeckel zu integrieren, der insoweit breiter auszuführen ist; gleichwohl wird hierdurch wiederum die Baulänge des Druckmittelzylinders nachteiligerweise vergrößert. Insbesondere für kurzbauende Druckmittelzylinder sind diese sich seitens des Zylindergehäuses oder des Zylinderdeckels axial ausdehnenden Mittel zur Endlagendämpfung kaum geeignet.
• Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen endlagengedämpften Druckmittelzylinder zu schaffen, deren Mittel zur Endlagendämpfung bei einem kurzbauenden Druckmittelzylinder einsetzbar sind, wobei das hierdurch zu bewirkende Dämpfungsmaß im Wesentlichen von einer Drosselstellenanordnung abhängt.
• Die Aufgabe wird ausgehend von einem endlagengedämpften Druckmittelzylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
• Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass als Mittel zur Endlagendämpfung ein am Kolben axial beabstandet angebrachtes und gegenüber diesem axial verschiebbares Dichtelement vorgesehen ist, das bei Bewegung des Kolbens in eine Endlage ab Erreichen eines durch die axiale Beabstandung des Dichtelements vom Kolben definierten Dämpfungsabstand X eine im zugeordneten Zylinderdeckel angeordnete korrespondierende Druckmittelöffnung verschließt, so dass für das restliche aus der Druckkammer entweichende Druckmittel nur der durch eine zweite Bypassöffnung zur Verfügung gestellte verminderte Strömungsquerschnitt verbleibt.
• Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass das Dämpfungsmaß im Wesentlichen allein vom Querschnitt der Druckmittelöffnung sowie der Bypassöffnung im Sinne einer Drosselstellenanordnung beeinflusst wird. Zum Verschließen der Druckmittelöffnung durch das axial verschiebbare Dichtelement ist nur eine relativ geringe Axialkraft erforderlich, da der Innendruck die Dichtkraft auf das Dichtelement aufbringt. Da die erfindungsgemäßen Mittel zur Endlagendämpfung im Wesentlichen seitens des Kolbens im Innern des Zylindergehäuses angeordnet sind, ist die Erfindung insbesondere bei kurzbauenden Druckmittelzylindern einsetzbar.
• Die axial beabstandete Anbringung des axial verschiebbaren Dichtelements am Kolben kann nach zwei bevorzugten Ausführungsformen realisiert werden. Zum Einen ist es möglich, das Dichtlelement über eine Art Druckfeder mit nur geringer Federkonstante am Kolben anzubringen, wobei die Druckfeder einerseits am Kolben befestigt ist und andererseits das Dichtelement trägt. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die axial beabstandete und verschiebbare Anbringung des Dichtelements am Kolben über einen faltenbalgartigen Fortsatz zu realisieren, der einerseits am Kolben befestigt ist und der andererseits das Dichtelement trägt. Vorzugsweise kann hierbei das Dichtelement einstückig mit dem faltenbalgartigen Fortsatz ausgeführt sein, der insoweit aus demselben Elastomermaterial besteht. Ferner ist es auch denkbar, den faltenbalgartigen Fortsatz einstückig mit einem am Kolben angeordneten Dichtring zur Abdichtung des Kolbens gegenüber der Innenwandung des Zylinderrohres auszubilden. Durch das so geschaffene einstückige Bauteil wird im Sinne einer Funktionsintegration sowohl die dynamische Abdichtung des Kolbens als auch die axiale Beabstandung des Dichtelements der Endlagendämpfung realisiert, was insgesamt zu einer Reduzierung des Montageaufwandes beiträgt.
• Vorzugsweise ist das Dichtelement zur Endlagendämpfung ringförmig ausgebildet und koaxial zum Kolben angeordnet. Die mit dem ringförmigen Dichtelement korrespondierende Druckmittelöffnung im Zylinderdeckel kann beispielsweise aus einer in einer Ringform angeordneten Bohrungsreihe bestehen. Alternativ hierzu ist es auch möglich, einen durchgängigen, mit dem ringförmigen Dichtelement korrespondierenden Ringspalt als Druckmittelöffnung vorzusehen. Ein solcher Ringspalt ist auf eine einfache Weise herstellbar, wenn der Zylinderdeckel als Spritzgussteil ausgeführt ist.
• Die erstgenannte Ausführungsform der Druckmittelöffnung als kreisförmige Bohrungsreihe ist durch eine entsprechende spannende Bearbeitung erzeugbar. Es ist auch denkbar nur eine einzige Bohrung als Druckmittelöffnung vorzusehen.
• Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernde Maßnahme kann zur Einstellung des Dämpfungsgrades der Bypassöffnung eine Drosselschraube vorgesehen werden, über welche der Strömungsquerschnitt der Bypassöffnung von außen her manuell änderbar ist.
• Die vorstehend beschriebenen Mittel zur Endlagendämpfung sind sowohl bei einfach wirkenden Druckmittelzylindern als auch bei doppeltwirkenden Druckmittelzylindern einsetzbar. Hierbei kann die mindestens eine krafterzeugende Druckkammer sowohl über einen äußeren Anschluss zur Krafterzeugung mir einem Druckmittel beaufschlagbar sein; es ist jedoch auch denkbar, hierfür ein Federelement zur Krafterzeugung einzusetzen. Weiterhin eignet sich die erfindungsgemäße Endlagendämpfung sowohl für herkömmliche Druckmittelzylinder mit einer vom Kolben ausgehenden Kolbenstange als auch für kolbenstangenlose Druckmittelzylinder, bei denen der Kolben mit entsprechenden kraftübertragenden Mitteln mit einem außen am Zylindergehäuse angeordneten längsbewegbaren Schlittenelement zusammenwirkt.
• Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
• Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Druckmittelzylinder mit Mitteln zur Endlagendämpfung in einer ersten Ausführungsform, und
• Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Druckmittelzylinder mit Mitteln zur Endlagendämpfung in einer zweiten Ausführungsform.
• Der kurzbauende endlagengedämpfte Pneumatikzylinder gemäß Fig. 1 besteht im Wesentlichen aus einem Zylindergehäuse 1, in welchem ein Kolben 2 axial verschiebbar untergebracht ist. Der Kolben 2 ist mit zwei ringförmigen Dichtelementen 3a und 3b versehen, welche an der Innenwandung des Zylindergehäuses 1 dichtend zur Anlage kommen. Der Kolben 2 unterteilt den Innenraum des Zylindergehäuses in zwei Druckkammern 4a und 4b. Die Druckkammern sind weiterhin begrenzt durch endseitig am Zylindergehäuse 1 dichtend befestigte Zylinderdeckel 5a und 5b. Vom Kolben 2 aus verläuft eine Kolbenstange 6. Die Kolbenstange 6 durchdringt abgedichtet den Zylinderdeckel 5a. Zur Abdichtung des Zylinderdeckels 5a gegenüber der Kolbenstange 6 ist ein ringförmiges Dichtelement 7 im Zylinderdeckel 5a angeordnet. Axial benachbart zum Dichtelement 7 weist der Zylinderdeckel 5a weiterhin eine Führungsbuchse 8 auf, welche einer exakten radialen Führung der Kolbenstange 6 dient.
• Zur Druckmittelbeaufschlagung des hier dargestellten doppeltwirkenden Pneumatikzylinders sind zwei Druckmittelanschlüsse 9a und 9b vorgesehen. Der Druckmittelanschluss 9a steht mit der Druckkammer 4a in Verbindung, wogegen der Druckmittelanschluss 9b zur Beaufschlagung der Druckkammer 4b dient.
• Zur beidseitigen Endlagendämpfung des Kolbens 2 sind hieran jeweils beidseitig axial beabstandet angebrachte ringförmige Dichtelemente 10a und 10b vorgesehen. Die axial beabstandete Anbringung der Dichtelemente 10a und 10b am Kolben 2 erfolgt über eine Art Druckfeder 11a beziehungsweise 11b, welche im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung die Hauptfunktion erfüllt, die Dichtelemente 10a und 10b axial beabstandet vom Kolben 2 und leicht verschiebbar zu halten. Insoweit weist die Druckfeder 11a und 11b nur eine geringe Federkonstante auf. Die koaxial am Kolben 2 derartig angebrachten ringförmigen Dichtelemente 10a und 10b korrespondieren zur Ausführung der Endlagendämpfung mit zugeordneten Druckmittelöffnungen 12a und 12b, welche hier die Form eines Ringspaltes besitzen, der an die Form des als Verschlusselement wirkenden Dichtelements 10a beziehungsweise 10b angepasst ist.
• Bei Bewegung des Kolbens 2 in eine Endlage wird nun ab Erreichen eines durch die axiale Beabstandung des Dichtelements 10a oder 10b vom Kolben 2 definierten Dämpfungsabstandes X die im zugeordneten Zylinderdeckel 5a beziehungsweise 5b angeordnete Druckmittelöffnung 12a beziehungsweise 12b verschlossen. Die Druckmittelöffnung 12a und 12b steht mit dem Druckmittelanschluss 9a beziehungsweise 9b in Verbindung. Darüber hinaus steht jeweils eine zweite Bypassöffnung 13a und 13b mit dem Druckmittelanschluss 9a beziehungsweise 9b in Verbindung. Die Bypassöffnung 13a und 13b liegt außerhalb der Reichweite des Dichtelements 10a beziehungsweise 10b. Diese Anordnung bewirkt, dass bei Verschluss der Druckmittelöffnung 12a oder 12b zur Endlagendämpfung das restliche aus der Druckkammer 4a beziehungsweise 4b entweichende Druckmittel nur durch die jeweilige Bypassöffnung 13a oder 13b entweichen kann.
• Im Prinzip wird hier zur Endlagendämpfung ab Erreichen des Dämpfungsabstandes X der Strömungsquerschnitt für das entweichende Druckmittel entsprechend vermindert. Zur manuellen Einstellung des Dämpfungsgrades ist weiterhin jeweils eine Drosselschraube 14a und 14b vorgesehen, welche mit der Bypassöffnung 13a beziehungsweise 13b zusammenwirkt.
• Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 2 wird im Unterschied zur der vorstehend beschriebenen Ausführungsform das ringförmige Dichtelement 10a und 10b der Endlagendämpfung mittels eines faltenbalgartigen Fortsatzes 15a beziehungsweise 15b axial beabstandet und verschiebbar am Kolben 2 angebracht. Auch dieser faltenbalgartige Fortsatz 15a und 15b dient im Wesentlichen nur dem Halten des Dichtelements 10a beziehungsweise 10b. Damit beidseits der Wandung des faltenbalgartigen Fortsatzes 15a und 15b stets dieselben Druckbedingungen herrschen, ist dieser mit mehreren Durchbrüchen 16 versehen.
• Die Durchbrüche 16 dienen nicht der Erfüllung einer Drosselfunktion sondern lediglich dem Druckausgleich. Der faltenbalkartige Fortsatz 1 5a und 1 5b ist mit dem zugeordneten dynamischen Dichtelement 3a beziehungsweise 3b des Kolbens 2 einstückig ausgeführt und besteht insoweit aus demselben Elastomermaterial. Weiterhin ist der faltenbalgartige Fortsatz 1 5a und 1 5b auch mit dem jeweiligen Dichtelement 10a beziehungsweise 10b der Mittel zur Endlagendämpfung einstückig ausgeführt. Der weitere Aufbau sowie die Funktion dieses Druckmittelzylinders entspricht dem Druckmittelzylinder der vorstehenden Ausführungsform und wird deshalb nicht noch einmal detailliert erläutert.
• Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Es sind auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche von der technischen Lehre der Patentansprüche Gebrauch machen. So ist die Erfindung nicht allein auf den Einsatz bei doppeltwirkenden Druckmittelzylindern beschränkt. Die Mittel zur Endlagendämpfung können auch bei einfachwirkenden Druckmittelzylindern eingesetzt werden. Darüber hinaus sind die erfindungsgemäßen Mittel zur Endlagendämpfung auch bei kolbenstangenlosen Zylindern einsetzbar. Bezugszeichenliste 1 Zylindergehäuse
  2 Kolben
  3 Dichtelement
  4 Druckkammer
  5 Zylinderdeckel
  6 Kolbenstange
  7 Dichtelement
  8 Führungsbuchse
  9 Druckmittelanschluss
  10 Dichtelement
  11 Druckfeder
  12 Druckmittelöffnung
  13 Bypassöffnung
  14 Drosselschraube
  15 faltenbalkartiger Fortsatz
  16 Durchbruch
  

Claims (10)

1. Endlagengedämpfier Druckmittelzylinder, insbesondere kurzbauender endlagengedämpfter Pneumatikzylinder, mit einem Zylindergehäuse (1), in dem ein Kolben (2) axial bewegbar untergebracht ist, wobei mindestens eine der hierdurch gebildeten Druckkammern (4a oder 4b) mit Mitteln für eine Endlagendämpfung ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Endlagendämpfung ein am Kolben (2) axial beabstandet angebrachtes und gegenüber diesem axial verschiebbares Dichtelement (10a oder 10b) umfassen, das bei Bewegung des Kolbens (2) in eine Endlage ab Erreichen eines durch die axiale Beabstandung des Dichtelements (10a bzw. 10b) vom Kolben (2) definierten Dämpfungsabstandes X eine im zugeordneten Zylinderdeckel (5a bzw. 5b) angeordnete korrespondierende Druckmittelöffnung (12a bzw. 12b) verschließt, so dass für das restliche aus der Druckkammer (4a bzw. 4b) entweichende Druckmittel nur der durch eine zweite Bypassöffnung (13a bzw. 13b) zur Verfügung gestellte verminderte Strömungsquerschnitt verbleibt.

2. Endlagengedämpfter Druckmittelzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axial beabstandete und verschiebbare Anbringung des Dichtelements (10a bzw. 10b) am Kolben (2) über eine Art Druckfeder (11a bzw. 11b) mit geringer Federkonstante erfolgt, die einerseits am Kolben (2) befestigt ist und die andererseits das Dichtelement (10a bzw. 10b) trägt.

3. Endlagengedämpfter Druckmittelzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axial beabstandete und verschiebbare Anbringung des Dichtelements (10a bzw. 10b) am Kolben (2) über einen faltenbalgartigen Fortsatz (15a bzw. 15b) erfolgt, der einerseits am Kolben (2) befestigt ist und die andererseits das Dichtelement (10a bzw. 10b) trägt.

4. Endlagengedämpfier Druckmittelzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der faltenbalgartige Fortsatz (15a bzw. 15b) mit dem Dichtelement (10a bzw. 10b) einstückig ausgeführt ist und aus demselben Elastomermaterial besteht.

5. Endlagengedämpfter Druckmittelzylinder nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der faltenbalgartige Fortsatz (15a bzw. 15b) einstückig mit einem am Kolben (2) angeordneten Dichtelement (3a bzw. 3b) zur Abdichtung des Kolbens (2) gegenüber der Innenwandung des Zylindergehäuses (1) ausgeführt ist.

6. Endlagengedämpfter Druckmittelzylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (10a, 10b) zur Endlagendämpfung ringförmig ausgebildet ist und koaxial zum Kolben (2) angeordnet ist.

7. Endlagengedämpfter Druckmittelzylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem ringförmigen Dichtelement (10a, 10b) korrespondierende Druckmittelöffnung (12a bzw. 12b) aus einer in einer Kreisform angeordneten Bohrungsreihe oder aus einem durchgängigen Ringspalt besteht.

8. Endlagengedämpfter Druckmittelzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drosselschraube (14a, 14b) zur Einstellung des Dämpfungsgrades der Bypassöffnung (13a bzw. 13b) vorgesehen ist.

9. Endlagengedämpfter Druckmittelzylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer Seite des Kolbens (2) eine koaxiale Kolbenstange (6) abgeht, die den zugeordneten Zylinderdeckel (5a) abgedichtet durchdringt, oder dass der Kolben mit Mitteln zur Bildung eines kolbenstangenlosen Pneumatikzylinders zusammenwirkt.

10. Endlagengedämpfter Druckmittelzylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die krafterzeugende Druckkammer (4a oder 4b) über einen äußeren Druckmittelanschluss (9a bzw. 9b) zur Krafterzeugung mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist oder ein Federelement zur Krafterzeugung enthält.