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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
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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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.
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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.
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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.
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Ein
gattungsgemäßer endlagengedämpfter Druckmittelzylinder
geht aus der
DE 41
34 063 A1 hervor. Der Druckmittelzylinder besitzt ein Zylindergehäuse, in
dem ein zwischen den Zylinderdeckeln 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.
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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.
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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.
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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.
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Aus
der
EP 1 041 293 A2 geht
ein endlagengedämpfter
Druckmittelzylinder hervor, dessen Mittel zur Endlagendämpfung ein
am Kolben axial beabstandet angebrachtes und gegenüber diesem
axial verschiebbares ringartiges Dichtelement umfassen, das bei
Bewegung des Kolbens in eine Endlage ab Erreichen eines durch die
axiale Beabstandung des Dichtelements vom Kolben definierten Dämpfungsabstandes
eine im zugeordneten Zylinderdeckel angebrachte korrespondierende
Druckmittelöffnung verschließt. Für das restliche
aus der Druckkammer entweichende Druckmittel verbleibt nunmehr nur
der durch eine zweite Bypassöffnung
zur Verfügung
gestellte verminderte Strömungsquerschnitt.
Diese axiale Beabstandung des Dichtelements am Kolben wird über eine
Art Druckfeder realisiert, die einerseits am Kolben befestigt ist
und die andererseits das Dichtelement trägt.
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Eine
hierzu alternative Lösung
geht aus der
DE 39
20 293 C2 hervor. Im Unterschied zu dem vorstehend diskutierten
Stand der Technik wird hier anstelle einer Druckfeder ein gummielastischer
Faltenbalg eingesetzt. Der Faltenbalg trägt zur einen Seite einen separaten
Dichtring, welcher entsprechend mit der druckkammerseitigen Druckmittelöffnung zur Endlagendämpfung korrespondiert.
Zur anderen Seite hin ist der Faltenbalg am Kolben angebracht. Ein U-förmiger Entlüftungskanal
im Kolben sorgt hier für den
Druckausgleich während
der Dämpfung.
Ein Nachteil dieser Lösung
besteht darin, dass der Kolben als Bestandteil der Mittel zur Endlagendämpfung einem
erhöhten
Fertigungsaufwand unterliegt.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen endlagengedämpften Druckmittelzylinder
zu schaffen, dessen einfach ausgebildeten Mittel zur Endlagendämpfung bei
einem kurzbauenden Druckmittelzylinder einsetzbar sind.
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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.
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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.
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Der
Vorteil 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 Mittel zur Endlagendämpfung im
Wesentlichen seitens des Kolbens im Innern des Zylindergehäuses angeordnet
sind, ist die Erfindung insbesondere bei kurzbauenden Druckmittelzylindern einsetzbar.
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Die
axial beabstandete und verschiebbare Anbringung des Dichtelements
am Kolben ist über
einen Durchbrüche
zum Druckausgleich aufweisenden faltenbalgartigen Fortsatz erfindungsgemäß 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Diese zeigt
einen Längsschnitt
durch einen Druckmittelzylinder mit Mitteln zur Endlagendämpfung.
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Der
kurzbauende endlagengedämpfte
Pneumatikzylinder 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.
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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.
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Die
koaxial am Kolben 2 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.
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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.
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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.
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Erfindungsgemäß ist das
ringförmige
Dichtelement 10a und 10b der Endlagendämpfung mittels eines
faltenbalgartigen Fortsatzes 15a beziehungsweise 15b axial
beabstandet und verschiebbar am Kolben 2 angebracht. 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
faltenbalgartige Fortsatz 15a und 15b 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 15a und 15b auch
mit dem jeweiligen Dichtelement 10a beziehungsweise 10b der
Mittel zur Endlagendämpfung
einstückig
ausgeführt.
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Die
Erfindung ist nicht beschränkt
auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform. 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.
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- 1
- Zylindergehäuse
- 2
- Kolben
- 3
- Dichtelement
- 4
- Druckkammer
- 5
- Zylinderdeckel
- 6
- Kolbenstange
- 7
- Dichtelement
- 8
- Führungsbuchse
- 9
- Druckmittelanschluss
- 10
- Dichtelement
- 11
- Druckmittelöffnung
- 12
- Bypassöffnung
- 13
- Drosselschraube
- 14
- faltenbalgartiger
Fortsatz
- 15
- Durchbruch