Die
Erfindung betrifft einen Pneumatikantrieb, mit einem Antriebskolben,
der linear verschiebbar in einer Arbeitskammer angeordnet ist und
dabei auf wenigstens einer Axialseite einen zum Verlagern des Antriebskolbens
mit Druckluft beaufschlagbaren Beaufschlagungsraum begrenzt, wobei
mindestens ein zylindrischer Kolbenabschnitt als Luftlagerabschnitt
ausgebildet ist, der eine sich entlang seines Außenumfanges erstreckende Luftaustrittsfläche besitzt,
die über
ein kolbeninternes Kanalsystem mit dem Beaufschlagungsraum kommuniziert,
um aus dem mit Druckluft beaufschlagten Beaufschlagungsraum mit
Lagerluft versorgt zu werden.The
The invention relates to a pneumatic drive with a drive piston,
which is arranged linearly displaceable in a working chamber and
while on at least one axial side a for displacing the drive piston
Limited pressurized with compressed air supply space, wherein
at least one cylindrical piston section as an air bearing section
is formed, which has a along its outer periphery extending air outlet surface,
the above
a piston-internal channel system communicates with the admission area,
to come from the charged with compressed air supply space with
Storage air to be supplied.
Ein
aus der DE 197 50
097 C2 bekannter Pneumatikantrieb dieser Art verfügt über einen
zylindrischen Antriebskolben mit einem axial mittigen Abschnitt,
der als Luftlager ausgebildet ist und am Außenumfang eine als Luftaustrittsfläche fungierende umlaufende
Nut aufweist, die über
ein Kanalsystem mit integriertem Wechselventil mit zwei axial beidseits
des Antriebskolbens angeordneten Beaufschlagungsräumen verbunden
ist. Das Kanalsystem mündet
stirnseitig am Antriebskolben aus, so dass von der zum Verlagern
des Antriebskolbens eingespeisten Druckluft ein gewisser Anteil über das
Kanalsystem zur Luftaustrittsfläche
gelangt und dort ein Luftpolster hervorruft, das ein reibungsarmes
Verschieben des Antriebskolbens ermöglichen soll. Die an der Luftaustrittsfläche austretende
Luft gelangt über
den zwischen dem Außenumfang
des Antriebskolbens und dem Innenumfang der den Kolben aufnehmenden
Arbeitskammer definierten Ringspalt zum momentan drucklosen Beaufschlagungsraum
und wird von dort abgeführt.One from the DE 197 50 097 C2 known pneumatic drive of this type has a cylindrical drive piston with an axially central portion, which is designed as an air bearing and on the outer circumference has an acting as an air outlet surface circumferential groove which is connected via a channel system with integrated shuttle valve with two axially on both sides of the drive piston arranged Beaufschlagungsräumen. The duct system opens at the end face on the drive piston, so that a certain proportion passes from the compressed air for the displacement of the drive piston to the air outlet surface and there causes an air cushion which is intended to enable low-friction displacement of the drive piston. The air exiting at the air outlet surface passes through the annular gap defined between the outer circumference of the drive piston and the inner circumference of the working chamber accommodating the piston to the momentarily pressureless admission space and is discharged therefrom.
Als
nachteilig hat sich erwiesen, dass bei der beschriebenen Art von
Luftlagerung die die Tragkraft des Luftlagers hervorrufende aerostatische
Wirkung um so geringer wird, je schneller der Antriebskolben verlagert
wird. Bedingt durch das sehr kleine Spaltmaß des zwischen Antriebskolben
und Arbeitskammer herrschenden Ringspaltes, das sich nicht selten im
Bereich zwischen 5 und 15 μm
bewegt, besteht somit die Problematik verstärkter Reibung und mithin eines
höheren
Verschleißes.When
disadvantage has been found that in the described type of
Air bearing the aerostatic the bearing capacity of the air bearing
The lower the effect, the faster the drive piston shifts
becomes. Due to the very small gap between the drive piston
and working chamber ruling annular gap, which is not uncommon in
Range between 5 and 15 μm
moved, there is thus the problem of increased friction and therefore one
higher
Wear.
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Pneumatikantrieb
zu schaffen, dessen Luftlager auch bei hoher Kolbengeschwindigkeit
für eine
ausreichende Tragkraft sorgt.It
The object of the present invention is a pneumatic drive
to create its air bearing even at high piston speed
for one
sufficient carrying capacity ensures.
Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist bei einem Pneumatikantrieb der eingangs genannten
Art vorgesehen, dass das Kanalsystem in mindestens einer zum Außenumfang
des Antriebskolbens offenen Ringnut ausmündet, die sich in koaxialer
Anordnung zwischen dem Luftlagerabschnitt und einem diesem zum betreffenden
Beaufschlagungsraum hin axial vorgelagerten Kolbenendabschnitt befindet,
an dem Druckluft aus dem beaufschlagten Beauschlagungsraum außen vorbeiströmen kann.to
solution
this object is in a pneumatic drive of the aforementioned
Art provided that the channel system in at least one of the outer circumference
opens the drive piston open annular groove, which is in coaxial
Arrangement between the air bearing section and a this to the relevant
Beaufschlagungsraum axially upstream piston end portion is located
on the compressed air from the impounded Beauschlagungsraum outside can flow past.
Wie
man festgestellt hat, strömt
Druckluft aus dem beaufschlagten Beaufschlagungsraum nicht nur durch
das interne Kanalsystem hindurch zur Luftaustrittsfläche des
Luftlagerabschnittes, sondern sie strömt auch an dem dem Luftlagerabschnitt
zum Beaufschlagungsraum hin axial vorgelagerten Kolbenendabschnitt
vorbei und beeinträchtigt
im Bereich der Luftaustrittsfläche
den Aufbau des aerostatischen Luftpolsters. Indem nun dem Luftlagerabschnitt
des Antriebskolbens eine Ringnut vorgeschaltet ist, die mit dem
internen Kanalsystem kommuniziert, wird die außen am Kolbenendabschnitt vorbeiströmende Druckluft
kurz vor Erreichen der Luftaustrittsfläche durch die dort befindliche
Ringnut aufgefangen und zu einem großen Teil abgeleitet, so dass der
Luftpolsteraufbau weniger stark beeinträchtigt wird. Durch die Expansion
der Druckluft im Bereich der Ringnut können sich Wirbel ausbilden,
die zum Luftlagerabschnitt hin einen Strömungswiderstand verursachen,
so dass die Druckluft verstärkt über das interne
Kanalsystem hinweg zur Luftaustrittsfläche gelangt und dort zum Aufbau
eines stabilen, tragfähigen
Luftpolsters beiträgt.
Auch bei hohen Kolbengeschwindigkeiten kann das Luftlager somit
eine hohe Tragkraft zur Verfügung
stellen, was bei reduziertem Verschleiß eine höhere Lebensdauer verspricht.As
one has determined, flows
Compressed air from the impinged Beaufschlagungsraum not only by
the internal duct system through to the air outlet surface of the
Luftlagerabschnittes, but it also flows at the air bearing section
to the loading space axially upstream piston end
over and impaired
in the area of the air outlet surface
the structure of the aerostatic air cushion. By now the air bearing section
the drive piston is preceded by an annular groove, which with the
internal channel system communicates, the outside of the Kolbenendabschnitt flowing past the compressed air
just before reaching the air outlet area through the there
Ring groove collected and derived to a large extent, so that the
Air cushion structure is less affected. Through the expansion
the compressed air in the area of the annular groove can form vortices,
causing a flow resistance to the air bearing section,
so that the compressed air boosts over the internal
Channel system across the air outlet surface and there to build
a stable, sustainable
Contributes air cushion.
Even at high piston speeds, the air bearing can thus
a high load capacity available
which promises a longer service life with reduced wear.
Die
für den
Aufbau des Luftpolsters herangezogene, als Lagerluft bezeichenbare
Druckluft kann je nach Bauform des Antriebskolbens ausschließlich über die
mindestens eine Ringnut in das interne Kanalsystem eingespeist werden.
Es besteht al1erdings auch die Möglichkeit,
das Kanalsystem so auszuführen,
dass es sowohl mit der mindestens einen Ringnut kommuniziert als
auch den die Ringnut auf der dem Luftlagerabschnitt axial entgegengesetzten
Seite flankierenden Kolbenendabschnitt durchsetzt und an der Stirnfläche dieses
Kolbenendabschnittes direkt zum betreffenden Beaufschlagungsraum
hin ausmündet.
In diesem Fall wird die Luftaustrittsfläche aus mehreren parallelen
Luftströmungen
mit Lagerluft versorgt. Durch entsprechende gegenseitige Abstimmung
der Luftströmungswege
kann hier besonders einfach eine ausreichend hohe Luftpolster-Tragkraft
mit minimalem Luftverbrauch kombiniert werden.The
for the
Structure of the air cushion used, bezeichbare as bearing air
Depending on the design of the drive piston, compressed air can only be supplied via the
at least one annular groove are fed into the internal channel system.
However, there is also the possibility
to carry out the channel system in such a way
that it communicates with both the at least one annular groove as
Also, the annular groove on the air bearing section axially opposite
Side flanking piston end interspersed and at the end face of this
Kolbenendabschnittes directly to the respective Beaufschlagungsraum
opens out.
In this case, the air outlet surface of several parallel
airflows
supplied with clearance. By mutual agreement
the air flow paths
Here, a sufficiently high air cushion carrying capacity is particularly easy
be combined with minimal air consumption.
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.advantageous
Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Wird
der Antriebskolben im Rahmen eines doppeltwirkenden Pneumatikantriebes
eingesetzt, empfiehlt sich eine, bevorzugt symmetrische, Doppelanordnung
von Ringnut und Kolbenendabschnitt axial beidseits des Luftlagerabschnittes.
Man erzielt dann die geschilderte vorteilhafte Wirkung bei beiden Beaufschlagungsrichtungen
des Antriebskolbens.If the drive piston is under a used double-acting pneumatic actuator, we recommend a, preferably symmetrical, double arrangement of annular groove and Kolbenendabschnitt axially on both sides of the air bearing section. It then achieves the described advantageous effect in both loading directions of the drive piston.
Ein
besonders einfacher Verlauf des internen Kanalsystems ist möglich, wenn
die axial beidseits des Luftlagerabschnittes angeordneten Ringnuten partiell über die
gleichen Kanäle
des Kanalsystems mit der Luftaustrittsfläche kommunizieren. Um hierbei
zu verhindern, dass Druckluft durch das Kanalsystem hindurch vom
einen in den anderen Beaufschlagungsraum übertritt, wird in das Kanalsystem zweckmäßigerweise
ein Wechselventil eingeschaltet, das die Fluidverbindung zum jeweils
drucklosen Beaufschlagungsraum selbsttätig absperrt.One
particularly simple course of the internal channel system is possible if
the axially on both sides of the air bearing portion arranged annular grooves partially over the
same channels
communicate the channel system with the air outlet surface. Order here
to prevent compressed air from passing through the duct system
one overflows into the other admission space, is expediently in the channel system
a shuttle valve is turned on, which fluidly connects to each
pressure-free admission area automatically shuts off.
Die
Luftaustrittsfläche
ist zweckmäßigerweise
von einer sich entlang des gesamten Außenumfanges des Luftlagerabschnittes
erstreckenden porösen
Materialschicht gebildet, die insbesondere nach Art einer Hülse einen
Kolbenkernabschnitt umschließt.
Die Materialschicht besteht beispielsweise aus Sintermaterial. Eine
stoffschlüssige
Verbindung mit dem Kolbenkernabschnitt ist ohne Weiteres realisierbar.The
Air outlet area
is expediently
from one along the entire outer circumference of the air bearing section
extending porous
Material layer formed, in particular in the manner of a sleeve a
Piston core section encloses.
The material layer consists for example of sintered material. A
cohesive
Connection with the piston core portion is readily feasible.
Die
poröse
Materialschicht bildet zweckmäßigerweise
die radial außen
liegende luftdurchlässige Wand
eines sich in der Umfangsrichtung des Luftlagerabschnittes erstreckenden
Luftverteilraumes, der zum internen Kanalsystem gehört und der
eine großflächige Anströmung der
Innenseite der porösen
Materialschicht gewährleistet.
Der Luftverteilraum kann sich bei Be darf durchgehend konzentrisch
entlang des gesamten Kolbenumfanges erstrecken, so dass es sich
bei dem Luftverteilraum um einen Ringraum handeln würde. Unter
Umständen
ist es jedoch vorteilhaft, die angeströmte Innenfläche der porösen Materialschicht zu reduzieren,
beispielsweise um den Luftdurchsatz nicht über die Maßen ansteigen zu lassen. Insbesondere
in einem solchen Fall ist es von Vorteil, wenn sich der Luftverteilraum
aus einer Mehrzahl von Luftverteiltaschen zusammensetzt, die in der
Umfangsrichtung des Luftlagerabschnittes mit Abstand zueinander
verteilt angeordnet sind und von der bevorzugt ringförmig durchgehenden
porösen Materialschicht überdeckt
werden.The
porous
Material layer forms expediently
the radially outside
lying air-permeable wall
one extending in the circumferential direction of the air bearing portion
Luftverteilraumes, which belongs to the internal channel system and the
a large-scale flow of the
Inside of the porous
Material layer guaranteed.
The air distribution space may be concentric throughout
extend along the entire circumference of the piston so that it is
would act at the air distribution space around an annulus. Under
circumstances
However, it is advantageous to reduce the flowed inner surface of the porous material layer,
for example, in order not to increase the air flow rate excessively. Especially
In such a case, it is advantageous if the air distribution space
composed of a plurality of air distribution pockets, which in the
Circumferential direction of the air bearing section at a distance from each other
are arranged distributed and of the preferably annular continuous
covered porous material layer
become.
Unabhängig von
der speziellen Ausgestaltung des Luftverteilraumes sieht eine vorteilhafte Ausführungsform
vor, dass der Luftverteilraum an der der Ringnut zugewandten Axialseite
unmittelbar an einer Seitenfläche
bzw. Flanke der Ringnut in letztere ausmündet. Auf diese Weise ergibt
sich eine besonders kurze Strömungsverbindung
zwischen der Ringnut und der Innenfläche der porösen Materialschicht.Independent of
the special design of the air distribution space provides an advantageous embodiment
before that the air distribution space at the axial side facing the annular groove
directly on a side surface
or flank of the annular groove opens into the latter. In this way results
a very short flow connection
between the annular groove and the inner surface of the porous material layer.
Alternativ
oder zusätzlich
kann das Kanalsystem mittels weiterer Kanäle auch an anderer Stelle in
die Ringnut einmünden,
insbesondere am Nutgrund derselben.alternative
or additionally
can the channel system by means of other channels elsewhere in
enter the annular groove,
especially at the bottom of the groove.
Bei
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der
Antriebskolben so gestaltet, dass sich der eine Ringnut begrenzende
Kolbenendabschnitt in Richtung zu seinem dem Luftlagerabschnitt
entgegengesetzten freien Ende hin konisch verjüngt. Dabei kann der Kolbenendabschnitt insbesondere
einen sich an die Ringnut anschließenden zylindrischen Fußabschnitt
und einen sich daran anschließenden
konischen Kopfabschnitt aufweisen. Bevorzugt hat der Kopfabschnitt
die Form eines Kegelstumpfes.at
a particularly advantageous embodiment of the invention is the
Drive piston designed so that the limiting an annular groove
Pistons end section towards its air bearing section
opposite conical tapered free end. In this case, the piston end portion in particular
a subsequent to the annular groove cylindrical foot section
and an adjoining one
have conical head portion. Preferably, the head portion
the shape of a truncated cone.
Auf
diese Weise lässt
sich insgesamt ein sehr kippsteifer Antriebskolben realisieren,
wobei die außen
am Kolbenendabschnitt vorbeiströmende
Luft einen aerodynamischen Luftlagereffekt bewirkt, dessen Tragkräfte in Verbindung
mit dem Abstand zum Schwerpunkt des Antriebskolbens ein Kippmoment hervorrufen,
das auf das durch die aerostatische Lagerung hervorgerufene Kippmoment
so abgestimmt werden kann, dass im Idealfall eine weitestgehende Kompensation
der Kippmomente auftritt und der Antriebskolben als Folge daraus
eine Stabilisierung bei seiner Bewegung in der Arbeitskammer erfährt. Das Bewegungsverhalten
des Antriebskolbens lässt
sich mithin in Bezug auf Führung
und Verschleiß bzw.
Lebensdauer optimieren. Durch die weitestgehend berührungslose
Linearbewegung innerhalb der Arbeitskammer wird trotz hoher Kolbendynamik
eine beträchtliche
Verschleißreduzierung
herbeigeführt.On
that way
Overall realize a very high-tilt drive piston,
being the outside
flowing past the piston end section
Air causes an aerodynamic air bearing effect, its carrying capacity in conjunction
cause a tilting moment with the distance to the center of gravity of the drive piston,
that on the caused by the aerostatic tilting moment
can be adjusted so that ideally a most extensive compensation
the tilting moments occurs and the drive piston as a result
undergoes stabilization as it moves in the working chamber. The movement behavior
of the drive piston leaves
therefore, in terms of leadership
and wear or
Optimize service life. By the largely non-contact
Linear movement within the working chamber is achieved despite high piston dynamics
a considerable one
wear reduction
brought about.
Bei
der Auslegung des Bewegungsabgriffes für ein mit dem Antriebskolben
bewegungsgekoppeltes Kraftabgriffsglied wird vorzugsweise darauf
geachtet, dass eine Ankopplung gewähr leistet ist, die möglichst
keine Biegemomente übertragen
kann. Dadurch kann sich der Antriebskolben relativ zum Kraftabgriffsglied
entsprechend den an ihm angreifenden Strömungskräften ausrichten. Handelt es
sich bei dem Kraftabgriffsglied um eine Kolbenstange, kann dies
beispielsweise durch eine Verbindung mittels Kugelgelenk realisiert
werden. Handelt es sich bei dem Kraftabgriffsglied um ein Band oder
ein Seil, kann schon allein auf Grund des Biegevermögens des
Kraftabgriffsgliedes der erforderliche Schwenkfreiheitsgrad zur
Verfügung
gestellt werden.at
the design of the movement tap for one with the drive piston
Motion coupled force pick-up member is preferably mounted thereon
ensured that a coupling is guaranteed, if possible
no bending moments transmitted
can. This allows the drive piston relative to the Kraftabgriffsglied
Align according to the forces acting on it flow forces. Is it?
at the Kraftabgriffsglied to a piston rod, this can
realized for example by a connection by means of ball joint
become. Is it at the Kraftabgriffsglied to a band or
a rope, alone due to the bending capacity of the
Kraftabgriffsgliedes the required pivoting degree of freedom
disposal
be put.
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In
dieser zeigen:following
The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. In
show this:
1 eine
bevorzugte Bauform des erfindungsgemäßen Pneumatikantriebes in schematischer
Darstellung und teilweise im Längsschnitt, 1 a preferred design of the pneumatic drive according to the invention in a schematic representation and partly in longitudinal section,
2 den
in 1 markierten Ausschnitt II in vergrößerter Darstellung, 2 the in 1 marked section II in an enlarged view,
3 einen
längs geschnittenen
Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform
des Pneumatikantriebes im Bereich des Antriebskolbens, und 3 a longitudinal section of a further embodiment of the pneumatic drive in the region of the drive piston, and
4 die
durch einen Längsschnitt
erhaltene Hälfte
des Antriebskolbens der 3 ohne Darstellung der am Luftlagerabschnitt
vorgesehenen porösen
Materialschicht. 4 the obtained by a longitudinal section of the drive piston of the 3 without representation of the provided on the air bearing portion porous material layer.
Der
in 1 in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 versehene
Pneumatikantrieb verfügt über ein
in 2 lediglich partiell abgebildetes Antriebsgehäuse 2,
in dessen Innern sich mindestens eine lineare Erstreckung aufweisende
Arbeitskammer 3 befindet. Beim Ausführungsbeispiel enthält das Antriebsgehäuse 2 ein
die Arbeitskammer 3 peripher begrenzendes Hauptteil 4 sowie
zwei die Arbeitskammer 3 stirnseitig verschließende Abschlussdeckel.The in 1 in its entirety with reference number 1 provided pneumatic drive has a in 2 only partially illustrated drive housing 2 , in the interior of which at least one linear extension having working chamber 3 located. In the embodiment, the drive housing includes 2 a the working chamber 3 peripherally limiting body 4 as well as two the working chamber 3 end cover closing the front side.
Im
Innern der Arbeitskammer 3 befindet sich ein in der Längsrichtung
der Arbeitskammer 3 linear verstellbarer Antriebskolben 6.
Die durch einen Doppelpfeil illustrierte lineare Antriebsbewegung 7 des Antriebskolbens 6 wird
pneumatisch, durch gesteuerte Beaufschlagung mittels Druckluft hervorgerufen.Inside the working chamber 3 is located in the longitudinal direction of the working chamber 3 linearly adjustable drive piston 6 , The linear drive movement illustrated by a double arrow 7 of the drive piston 6 is pneumatically caused by controlled admission by means of compressed air.
Der
Antriebskolben 6 unterteilt die Arbeitskammer 3 axial
in einen ersten und einen zweiten Beaufschlagungsraum 8a, 8b,
und in jeden Beaufschlagungsraum 8a, 8b mündet ein
Steuerkanal 12a, 12b, über den Druckluft in den jeweils
zugeordneten Beaufschlagungsraum eingespeist bzw. daraus abgeführt werden
kann. Die dabei auf den Antriebskolben 6 einwirkende Druckdifferenz
bewirkt eine Stellkraft, die letztlich die An triebsbewegung 7 in
der einen oder anderen Richtung verursacht.The drive piston 6 divides the working chamber 3 axially into a first and a second admission space 8a . 8b , and in every room 8a . 8b opens a control channel 12a . 12b , can be fed via the compressed air in the respectively associated admission space or discharged therefrom. The thereby on the drive piston 6 acting pressure difference causes a restoring force, which ultimately drive to the drive 7 caused in one direction or the other.
Die
Antriebsbewegung 7 des Antriebskolbens 6 kann
außerhalb
des Antriebsgehäuses 2 von einem
mit dem Antriebskolben 6 bewegungsgekoppelten Kraftabgriffsglied 13 abgegriffen
werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
besteht das Kraftabgriffsglied 13 aus zwei Bandelementen 14,
die jeweils einenends am Antriebskolben 6 befestigt sind und
die, nachdem sie den zugeordneten Abschlussdeckel 5 unter
Abdichtung durchsetzt haben, jeweils um ein bevorzugt rollenförmiges Umlenkelement 15 herumgeschlungen
sind, um andernends gemeinsam an einem Koppelglied 16 anzugreifen,
das an einer schematisch angedeuteten Linearführung 17 parallel
zur Richtung der Antriebsbewegung 7 verstellbar geführt ist.
Das Koppelglied 16 ist beispielsweise schlittenartig ausgebildet.
Die Linearführung 17 ist zweckmäßigerweise
fest mit dem Antriebsgehäuse 2 verbunden
und kann unmittelbar an dessen Außenfläche angeordnet sein.The drive movement 7 of the drive piston 6 can outside the drive housing 2 from one with the drive piston 6 motion-coupled force tap 13 be tapped. In the embodiment shown, there is the Kraftabgriffsglied 13 from two band elements 14 , each one at the drive piston 6 are attached and which, after they have the associated end cap 5 have passed through sealing, in each case to a preferably roller-shaped deflecting element 15 are wrapped around at the other end together on a coupling link 16 to attack, on a schematically indicated linear guide 17 parallel to the direction of the drive movement 7 is guided adjustable. The coupling link 16 is designed, for example, slide-like. The linear guide 17 is suitably fixed to the drive housing 2 connected and can be arranged directly on the outer surface.
Bei
der Antriebsbewegung 7 des Antriebskolbens 6 führt das
Koppelglied 16 verzögerungsfrei eine
gegensinnige Abtriebsbewegung 18 aus. An dem Koppelglied 16 sind
nicht näher
dargestellte Befestigungsmittel vorgesehen, an denen sich eine zu bewegende
Last fixieren lässt,
beispielsweise ein Maschinenteil.During the drive movement 7 of the drive piston 6 leads the coupling link 16 instantaneously an opposing output movement 18 out. On the coupling member 16 fasteners, not shown, are provided on which a load to be moved can be fixed, for example, a machine part.
Während bei
dem Ausführungsbeispiel
der 1 und 2 die Antriebskolben 6 in
beiden Richtungen durch Druckluft bewegt wird, illustriert die 3 einen
Ausschnitt eines abgewandelten Pneumatikantriebes 1', bei dem die
Antriebsbewegung 7 des Antriebskolbens 6 in lediglich
einer Richtung durch Druckluft hervorgerufen wird. Die Rückbewegung
wird durch nicht näher
dargestellte externe Mittel verursacht oder, bei vertikaler Ausrichtung
des Antriebsgehäuses 2,
durch die Schwerkraft.While in the embodiment of the 1 and 2 the drive pistons 6 is moved in both directions by compressed air, illustrates the 3 a section of a modified pneumatic actuator 1' in which the drive movement 7 of the drive piston 6 is caused in only one direction by compressed air. The return movement is caused by external means, not shown, or, in the vertical orientation of the drive housing 2 by gravity.
Der
Antriebskolben 6 begrenzt beim Ausführungsbeispiel der 3 auf
lediglich einer Axialseite einen Beaufschlagungsraum 8a.
Der auf der anderen Seite liegende Arbeitskammerabschnitt 8c ist
ständig drucklos
und mit der Atmosphäre
verbunden.The drive piston 6 limited in the embodiment of 3 on only one axial side an admission space 8a , The working chamber section lying on the other side 8c is constantly depressurized and connected to the atmosphere.
Im Übrigen verdeutlicht
die 3, dass die Erfindung bei Pneumatikantrieben unterschiedlichster
Kraftabgriffsprinzipien anwendbar ist. Während die 1 und 2 einen
Pneumatikantrieb 1 in Gestalt eines kolbenstangenlosen
Linearantriebes und speziell eines sogenannten Bandzylinders zeigen, handelt
es sich bei dem Pneumatikantrieb 1' der 3 um einen
Pneumatikzylinder, bei dem das Kraftabgriffsglied 13 eine
Kolbenstange 22 ist. Letztere ist einenends mit dem Antriebskolben 6 bewegungsgekoppelt
und erstreckt sich ausgehend von dort innerhalb der Arbeitskammer 3,
um einen der nicht dargestellten Abschlussdeckel 5 zu durchsetzen.
Der au ßerhalb
des Antriebsgehäuses 2 liegende Abschnitt
der Kolbenstange 22 verfügt über nicht gezeigte Befestigungsmittel
zur Fixierung der zu bewegenden Last.Incidentally, the illustrated 3 in that the invention is applicable to pneumatic actuators of widely differing force tap principles. While the 1 and 2 a pneumatic drive 1 show in the form of a rodless linear drive and especially a so-called band cylinder, it is the pneumatic drive 1' of the 3 to a pneumatic cylinder, in which the Kraftabgriffsglied 13 a piston rod 22 is. The latter is at one end with the drive piston 6 motion coupled and extending therefrom within the working chamber 3 to one of the end covers, not shown 5 to enforce. The au ßerhalb the drive housing 2 lying portion of the piston rod 22 has fastening means, not shown, for fixing the load to be moved.
Da
die Antriebskolben 6 der beiden gezeigten Ausführungsbeispiele
in wesentlichen Konstruktionsmerkmalen übereinstimmen, gelten die vorliegenden
Ausführungen,
sofern im Einzelfall nichts anderes ausgesagt wird, für alle Ausführungsbeispiele
gemeinsam. Einander entsprechende Komponenten sind mit identischen
Bezugszeichen versehen.Because the drive pistons 6 of the two embodiments shown match in essential design features, the present embodiments apply, unless otherwise stated in individual cases, common to all embodiments. Corresponding components are provided with identical reference numerals.
Der
Antriebskolben 6 verfügt über einen
zylindrischen Kolbenabschnitt, der eine Luftlagerung des sich bewegenden
Antriebskolbens 6 ermöglicht und
daher als Luftlagerabschnitt 23 bezeichnet sei. Ringsum
entlang seines Außenumfanges
erstreckt sich eine Luftaustrittsfläche 24, die über ein
im Innern des Antriebskolbens 6 verlaufendes kolbeninternes Kanalsystem 25 mit
dem einzigen Beaufschlagungsraum 8a (3)
bzw. mit beiden Beaufschlagungsräumen 8a, 8b (1 und 2)
kommuniziert.The drive piston 6 has a cylindrical piston portion, the air bearing of the moving drive piston 6 allows and therefore as an air bearing section 23 is designated. Along its outer periphery extends an air outlet surface 24 that have an inside of the drive piston 6 extending piston internal channel system 25 with the only admission room 8a ( 3 ) or with both Beaufschlagungsräumen 8a . 8b ( 1 and 2 ) communicates.
Wird
ein Beaufschlagungsraum 8a, 8b mit Druckluft beaufschlagt,
so wird der Antriebskolben 6 durch die erzeugten Druckkräfte vorangeschoben, wobei
gleichzeitig ein Anteil der Druckluft durch das kolbeninterne Kanalsystem 25 hindurch
zur Luftaustrittsfläche 24 geleitet
wird, an der sie gemäß den Luftaustrittspfeilen 26 austritt,
um in dem Ringspalt 27 zwi schen der Luftaustrittsfläche 24 und
der Innenumfangsfläche 28 der
Arbeitskammer 3 ein Luftpolster hervorzurufen. Die austretende
Druckluft strömt dann
ausgehend von dem Ringspalt 27 zu dem momentan nicht druckbeaufschlagten
Arbeitskammerabschnitt ab.Becomes an admission room 8a . 8b pressurized with compressed air, then the drive piston 6 advanced by the pressure forces generated, while a proportion of the compressed air through the piston internal channel system 25 through to the air outlet surface 24 is directed, according to the air outlet arrows 26 exit to the annular gap 27 between the air outlet surface 24 and the inner peripheral surface 28 the working chamber 3 to create an air cushion. The escaping compressed air then flows starting from the annular gap 27 to the currently not pressurized working chamber section from.
Auf
diese Weise wird durch den Luftlagerabschnitt 23 ein aerostatisches
Luftlager realisiert, das ein berührungsloses Gleiten des Antriebskolbens 6 in der
Längsrichtung
der Arbeitskammer 3 ermöglicht.In this way is through the air bearing section 23 realized an aerostatic air bearing, which is a non-contact sliding of the drive piston 6 in the longitudinal direction of the working chamber 3 allows.
In
Richtung der Antriebsbewegung 7 ist dem Luftlagerabschnitt 23 auf
mindestens einer Seite mit Abstand ein als Kolbenendabschnitt 32 bezeichneter weiterer
Kolbenabschnitt mit Abstand vorgelagert. Der Kolbenendabschnitt 32 befindet
sich jeweils auf derjenigen Axialseite des Luftlagerabschnittes 23, auf
der sich auch ein Beaufschlagungsraum 8a, 8b befindet.
Dementsprechend ist der Luftlagerabschnitt 23 beim Ausführungsbeispiel
der 3 und 4 auf lediglich einer Axialseite
von einem Kolbenendabschnitt 32 flankiert, während er
beim Ausführungsbeispiel
der 1 und 2 zwischen zwei derartigen Kolbenendabschnitten 32 angeordnet
ist.In the direction of the drive movement 7 is the air bearing section 23 on at least one side at a distance as piston butt section 32 designated further piston section upstream with distance. The piston end section 32 is located in each case on that axial side of the air bearing section 23 on which there is also an admission room 8a . 8b located. Accordingly, the air bearing section 23 in the embodiment of 3 and 4 on only one axial side of a piston end portion 32 flanked while in the embodiment of the 1 and 2 between two such piston end sections 32 is arranged.
Zwischen
dem Luftlagerabschnitt 23 und einem jeweiligen Kolbenendabschnitt 32 ist
der Antriebskolben 6 radial eingeschnürt und verfügt somit über eine nach radial außen zum
Außenumfang
des Antriebskolbens 6 hin offene Ringnut 33. Deren Nutgrund 34 befindet
sich am Außenumfang
eines bevorzugt zylindrischen Verbindungsabschnittes 35 zwischen
dem Luftlagerabschnitt 23 und dem Kolbenendabschnitt 32.Between the air bearing section 23 and a respective piston end portion 32 is the drive piston 6 radially constricted and thus has a radially outward to the outer periphery of the drive piston 6 open annular groove 33 , Their groove bottom 34 is located on the outer circumference of a preferably cylindrical connecting portion 35 between the air bearing section 23 and the piston end portion 32 ,
Das
die Luftaustrittsfläche 24 mit
Lagerluft versorgende Kanalsystem 25 mündet bei beiden Ausführungsbeispielen
in die Ringnut(en) 33 aus. Da auch zwischen dem Außenumfang
des Kolbenendabschnittes 32 und der Innenumfangsfläche 28 der Arbeitskammer 3 ein
Ringspalt 27a vorliegt, kann aus dem momentan mit Druckluft
beaufschlagten Beaufschlagungsraum 8a, 8b ein
Luftanteil an dem zugeordneten Kolbenendabschnitt 32 außen vorbeiströmen und
gelangt in die sich anschließende
Ringnut 33, von wo aus sie über das angeschlossene Kanalsystem 25 zur
Luftaustrittsfläche 24 strömt.That the air outlet surface 24 with storage air supplying channel system 25 opens in both embodiments in the annular groove (s) 33 out. As well as between the outer periphery of the Kolbenendabschnittes 32 and the inner peripheral surface 28 the working chamber 3 an annular gap 27a is present, can from the momentarily acted upon with compressed air admission space 8a . 8b an air content at the associated piston end portion 32 flow past outside and enters the adjoining annular groove 33 from where they are via the connected channel system 25 to the air outlet surface 24 flows.
Die
beim Hindurchströmen
durch den engen Ringspalt 27a beschleunigte Druckluft kann
beim Übergang
in die Ringnut 33 wegen des sich dort plötzlich vergrößernden
Volumens expandieren, was eine Wirbelbildung hervorruft, die in
dem sich anschließenden
Eingangsbereich 36 des vom Luftlagerabschnitt 23 begrenzten
Ringspaltes 27 einen erhöhten Strömungswiderstand bewirkt, so
dass über den
Eingangsbereich 36 weniger Druckluft direkt in den Ringspalt 27 einströmt. Dadurch
kann sich in dem Ringspalt 27 relativ ungestört ein sehr
tragfähiges
Luftpolster aus der über
die Luftaustrittsfläche 24 zugeführten Druckluft
ausbilden. Der größte Teil
der gemäß Pfeilen 37 außen vorbeiströmenden Druckluft wird
von der sich an schließenden
Ringnut 33 gefangen und von dort über das Kanalsystem 25 als
Lagerluft von innen her zur Luftaustrittsfläche geführt.The flowing through the narrow annular gap 27a accelerated compressed air can pass through into the annular groove 33 because of the sudden increase in volume expand, causing a vortex formation in the adjoining entrance area 36 of the air bearing section 23 limited annular gap 27 causes an increased flow resistance, so that over the entrance area 36 less compressed air directly into the annular gap 27 flows. This may result in the annular gap 27 relatively undisturbed a very sustainable air cushion from the over the air outlet surface 24 form supplied compressed air. Most of the according to arrows 37 Outside flowing compressed air is from the closing groove 33 and from there via the canal system 25 as bearing air led from the inside to the air outlet surface.
Die
Luftaustrittsfläche 24 könnte beispielsweise
von der offenen Seite einer in den Außenumfang des Luftlagerabschnittes 23 eingelassenen Ringnut
gebildet sein, die mit dem Kanalsystem 25 kommuniziert.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Ausbildung eines gleichförmigen und
tragfähigen Luftpolsters
bei gleichzeitig geringem Luftverbrauch dadurch begünstigt wird,
wenn, wie bei den Ausführungsbeispielen,
eine sich entlang des gesamten Außenumfanges des Luftlagerabschnittes 23 um
diesen herum erstreckende poröse
Materialschicht 38 vorgesehen wird, die auf Grund ihrer
Porösität luftdurchlässig ist
und deren Außenfläche die
Luftaustrittsfläche 24 bildet.
Die Innenfläche
der porösen
Materialschicht 38 wird von der über das Kanalsystem 25 zugeführten Druckluft
angeströmt,
wobei diese Luft dann durch die poröse Materialschicht 38 hindurchtritt
und gemäß den Luftaustrittspfeilen 26 unter
Bildung des Luftpolsters zum Ringspalt 27 austritt.The air outlet surface 24 could, for example, from the open side of a in the outer periphery of the air bearing section 23 recessed annular groove formed with the duct system 25 communicated. However, it has been shown that the formation of a uniform and sustainable air cushion with low air consumption is facilitated if, as in the embodiments, one along the entire outer circumference of the air bearing section 23 extending around this porous material layer 38 is provided, which is permeable to air due to their porosity and the outer surface of the air outlet surface 24 forms. The inner surface of the porous material layer 38 is from the over the channel system 25 supplied compressed air, this air then through the porous material layer 38 passes and according to the air outlet arrows 26 forming the air cushion to the annular gap 27 exit.
Die
poröse
Materialschicht 38 besteht zweckmäßigerweise aus Sintermaterial
und ist insbesondere im Rahmen eines Zwei-Komponenten-Herstellungsverfahrens an
den Außenumfang
eines Kolbenkernabschnittes 42 des Luftlagerabschnittes 23 angeformt.
Zweckmäßigerweise
ist die poröse
Materialschicht 38 hülsenförmig ausgebildet
und erstreckt sich vorzugsweise über
die gesamte Länge
des Luftlagerabschnittes 23.The porous material layer 38 suitably consists of sintered material and is in particular in the context of a two-component manufacturing process to the outer periphery of a piston core portion 42 of the air bearing section 23 formed. Conveniently, the porous material layer 38 sleeve-shaped and preferably extends over the entire length of the air bearing section 23 ,
Einer
gleichmäßigen Ausbildung
des Luftpolsters ist es förderlich,
wenn die poröse
Materialschicht 38 in über
ihren Innenumfang verteilter Weise von Luft aus dem Kanalsystem 25 versorgt
wird. Daher befindet sich beim Ausführungsbeispiel radial innerhalb
der porösen
Materialschicht 38 ein sich in der Umfangsrichtung des
Luftlagerabschnittes 23 erstreckender Luftverteilraum 23,
wobei die poröse
Materialschicht 38 als äußere Wandung
des Luftverteilraums 43 fungiert.A uniform formation of the air cushion, it is conducive when the porous material layer 38 in distributed over its inner circumference way of air from the duct system 25 is supplied. Therefore, in the embodiment, radially inward of the porous material layer 38 a in the circumferential direction of the air bearing section 23 extending air distribution space 23 , wherein the porous material layer 38 as outer wall of the air distribution space 43 acts.
Der
Luftverteilraum 43 kann aus einer oder mehreren konzentrisch
in den Außenumfang
des Kolbenkernabschnittes 42 eingebrachten Ringnuten bestehen.
Die bevorzugte, bei beiden Ausführungsbeispielen
realisierte Bauform sieht allerdings vor, dass sich der Luftverteilraum 43 aus
einer Mehrzahl von Luftverteiltaschen 44 zusammensetzt,
die in der Umfangsrichtung des Luftlagerabschnittes 23 verteilt in
den Außenumfang
des Kolbenkernabschnittes 42 eingebracht sind und von der
porösen
Materialschicht 38 überdeckt
werden.The air distribution room 43 can be one or several concentric in the outer periphery of the piston core portion 42 introduced annular grooves exist. The preferred, realized in both embodiments design, however, provides that the air distribution space 43 from a plurality of air distribution pockets 44 composed in the circumferential direction of the air bearing section 23 distributed in the outer periphery of the piston core portion 42 are introduced and from the porous material layer 38 be covered.
Bei
dem Ausführungsbeispiel
der 3 und 4 besteht das kolbeninterne
Kanalsystem 25 ausschließlich aus den Luftverteiltaschen 44,
deren in Längsrichtung
des Luftlagerabschnitts 23 gemessene Länge so gewählt ist, dass sie sich bis
zur zugeordneten Ringnut 33 erstrecken und mit der betreffen den
Axialseite unmittelbar an der vom Luftlagerabschnitt 23 gebildeten
Seitenfläche 45 der
Ringnut 33 in diese ausmünden. Somit kann die Druckluft
aus der Ringnut 33 über
die entsprechenden Mündungsbereiche 46 ohne
Umwege direkt gemäß Pfeilen 47 in
die Luftverteiltaschen 44 einströmen.In the embodiment of the 3 and 4 consists of the piston internal channel system 25 exclusively from the air distribution pockets 44 , Which in the longitudinal direction of the air bearing section 23 measured length is chosen so that it extends to the associated annular groove 33 extend and with the affect the axial side directly to that of the air bearing section 23 formed side surface 45 the ring groove 33 into these. Thus, the compressed air from the annular groove 33 over the corresponding mouth areas 46 without detours directly according to arrows 47 in the air distribution pockets 44 flow.
Eine
bevorzugte Gestaltung der Luftverteiltaschen 44 ist aus 4 gut
ersichtlich, da dort die üblicherweise
vorhandene poröse
Materialschicht 38 nicht dargestellt ist.A preferred design of the air distribution pockets 44 is out 4 clearly visible, because there the usually existing porous material layer 38 not shown.
Beim
Ausführungsbeispiel
der 1 und 2 steht jede Luftverteiltasche 44 über diverse Kanäle des kolbeninternen
Kanalsystems 25 mit der Ringnut 33 in Verbindung.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
geht von jeder Luftverteiltasche 44 ein sich im Kolbenkernabschnitt 42 nach
radial innen erstreckender Auslasskanal 48 aus, der umfangsseitig
in eine im Zentrum des Kolbenkernabschnitts 42 vorgesehene
Luftweichenkammer 52 einmündet, von der nach axial entgegengesetzten
Seiten jeweils ein Eintrittskanal 53 abgeht, an den sich
im Verbindungsabschnitt 35 mehrere radial nach außen abgehende erste
Versorgungskanäle 54 anschließen, die
am Nutgrund 34 in die jeweils zugeordnete Ringnut 33 ausmünden. Die
Lagerluft kann somit durch die vorgenannten Kanäle hindurch aus der Ringnut 33 in
die Luftverteiltaschen 40 überströmen.In the embodiment of 1 and 2 stands each air distribution bag 44 via various channels of the piston internal channel system 25 with the ring groove 33 in connection. In the embodiment shown goes from each air distribution bag 44 a in the piston core section 42 radially outwardly extending outlet channel 48 from the circumference in one in the center of the piston core portion 42 provided air softening chamber 52 opens, from the axially opposite sides each have an inlet channel 53 going on, in the connecting section 35 a plurality of radially outwardly outgoing first supply channels 54 connect to the groove bottom 34 in the respective associated annular groove 33 open out. The bearing air can thus pass through the aforementioned channels out of the annular groove 33 in the air distribution pockets 40 overflow.
Die
Luftweichenkammer 52 ist Bestandteil eines Wechselventils 56,
welches verhindert, dass über
die jeweils eine Ringnut 33 zuströmende Druckluft direkt zur
anderen Ringnut 33 strömt.
Die ringförmigen Übergangsbereiche
zwischen einem jeweiligen Eintrittskanal 53 und der Luftweichenkammer 52 bilden
jeweils einen Ventilsitz 57. Ein in der Luftweichenkammer 52 beweglich
angeordnetes und bevorzugt kugelförmiges Ventilglied 58 wird
von der über einen
Eintrittskanal 53 ankommenden Druckluft zu dem dem anderen
Eintrittskanal zugeordneten Ventilsitz 57 verlagert und
an diesen angepresst, so dass die in die Luftweichenkammer 52 eintretende
Druckluft nur zu den Auslasskanälen 58 ausströmen kann.The air softening chamber 52 is part of a shuttle valve 56 , which prevents over the one annular groove 33 incoming compressed air directly to the other ring groove 33 flows. The annular transition areas between a respective inlet channel 53 and the air softening chamber 52 each form a valve seat 57 , One in the air softening chamber 52 movably arranged and preferably spherical valve member 58 is from the over an entrance channel 53 incoming compressed air to the other inlet channel associated valve seat 57 shifted and pressed against this, so that in the air softening chamber 52 incoming compressed air only to the outlet channels 58 can flow out.
Durch
eine solche Bauform ist es möglich, bei
einem doppelt wirkend betätigbaren
Pneumatikantrieb die Verbindung zwischen den Ringnuten 33 und
der Luftaustrittsfläche 24 partiell über gleiche
Kanäle
des Kanalsystems 25 zu bewirken, vorliegend den Auslasskanälen 48.
Es besteht allerdings auch die Möglichkeit,
das Kanalsystem 25 aus zwei fluidisch voneinander getrennten
Kanalteilsystemen aufzubauen, die jeweils ausschließlich mit
einer der Ringnuten 33 kommunizieren.By such a design, it is possible in a double-acting actuated pneumatic drive the connection between the annular grooves 33 and the air outlet surface 24 partially over the same channels of the channel system 25 to effect, in this case, the outlet channels 48 , However, there is also the possibility of the channel system 25 build from two fluidly separated channel subsystems, each exclusively with one of the annular grooves 33 communicate.
Auf
ein Wechselventil 56 kann selbstverständlich auch dann verzichtet
werden, wenn die Luftlagerung nur bei einer Bewegungsrichtung des Antriebskolbens 6 gewünscht ist,
also insbesondere bei einer Bauform, bei der gemäß 3 nur einer
der beiden durch den Antriebskolben 6 voneinander abgeteilten
Arbeitskammerabschnitte einen Beaufschlagungsraum 8a bildet.On a shuttle valve 56 can of course be dispensed with even if the air bearing only in a direction of movement of the drive piston 6 is desired, ie in particular in a design in accordance with 3 only one of the two by the drive piston 6 separated from each other working chamber sections a Beaufschlagungsraum 8a forms.
Soll
das Luftlager mit einer größeren Luftmenge
aus dem Beaufschlagungsraum 8a, 8b versorgt werden,
ist eine Modifikation des kolbeninternen Kanalsystems 25 dahingehend
möglich,
dass dieses nicht nur zur Ringnut 33 ausmündet, sondern zusätzlich den
die Ringnut 33 begrenzenden Kolbenendabschnitt 32 durchsetzt
und an dessen dem Luftlagerabschnitt 23 axial entgegengesetzter
Stirnfläche 62 zusätzlich ausmündet.If the air bearing with a larger amount of air from the admission area 8a . 8b is a modification of the piston internal channel system 25 to the effect that this not only to the annular groove 33 opens out, but in addition to the annular groove 33 limiting piston end section 32 interspersed and at the air bearing section 23 axially opposite end face 62 additionally opens.
Bei
einer bevorzugten Realisierungsform dieser konstruktiven Variante
enthält
das Kanalsystem 25 pro Kolbenendabschnitt 32 einen
in 2 strichpunktiert angedeuteten zweiten Versorgungskanal 55,
der den Kolbenendabschnitt 32 bevorzug zentral durchsetzt,
wobei er einenends mit dem Eintrittskanal 53 verbunden
ist und andernends an bevorzugt zentraler Stelle der Stirnfläche 62 zum
zugeordneten Beaufschlagungsraum 8a bzw. 8b ausmündet. Die
Versorgung des Kanalsystems 25 mit Lagerluft erfolgt somit
nicht nur über
die Ringnut 33, sondern gemäß Pfeilen 61 auch
direkt, unter Umgehung der Ringnut 33, über den zweiten Versorgungskanal 55.In a preferred embodiment of this constructive variant, the channel system contains 25 per piston end section 32 one in 2 dash-dotted lines indicated second supply channel 55 , the piston end section 32 Favor centrally interspersed, being at one end with the inlet channel 53 is connected and the other end to preferably central point of the end face 62 to the allocated admission area 8a respectively. 8b opens. The supply of the canal system 25 With bearing clearance thus takes place not only on the annular groove 33 but according to arrows 61 also directly, bypassing the ring groove 33 , via the second supply channel 55 ,
Es
wäre prinzipiell
möglich,
den Kolbenendabschnitt 32 über die gesamte Länge hinweg
kreiszylindrisch zu gestalten. Als vorteilhaft hat es sich jedoch
erwiesen, eine Formgebung zu wählen,
bei der sich der Kolbenendabschnitt 32 gemäß den Ausführungsbeispielen
in Richtung zu seinem dem Luftlagerabschnitt 23 entgegengesetzten
freien Ende hin konisch verjüngt.It would be possible in principle, the Kolbenendabschnitt 32 make circular cylindrical over the entire length. However, it has proved to be advantageous to choose a shape in which the Kolbenendabschnitt 32 according to the embodiments, towards its air bearing section 23 opposite conical tapered free end.
Bevorzugt
hat der Kolbenendabschnitt 32 einen die eine Seitenfläche der
Ringnut 33 definierenden zylindrischen Fußabschnitt 63,
an den sich ein konischer Kopfabschnitt 64 anschließt. Der
Außendurchmesser
des Fußabschnittes 63 entspricht
vorzugsweise dem Außendurchmesser
des Luftlagerabschnittes 23 und definiert gleichzeitig
den größten Außendurchmesser
des Kolbenendabschnittes 32.Preferably, the piston end portion has 32 one the one side surface of the annular groove 33 defining cylindrical foot section 63 to which a conical head section 64 followed. The outside diameter of the foot section 63 preferably corresponds to the outer diameter of the air bearing section 23 and at the same time defines the largest outer diameter of the Kolbenendabschnittes 32 ,
Somit
besitzt der zwischen dem Kolbenendabschnitt 32 und der
Innenumfangsfläche 28 der
Arbeitskammer 3 definierte Ringspalt 27a über wenigstens
den größten Teil
seiner Länge
einen sich in Richtung zur Ringnut 33 keilförmig verjüngenden
Querschnitt. Um der für
den Vortrieb des Antriebskolbens 6 verantwortlichen Druckluft
gleichwohl eine optimale Beaufschlagungsfläche zur Verfügung zu
stellen, läuft
der konische Kopfabschnitt 64 nicht kegelförmig spitz
zu, sondern hat die Gestalt eines Kegelstumpfes, dessen Deckfläche die
oben erwähnte
Stirnfläche 62 ist.Thus, it has between the piston end portion 32 and the inner peripheral surface 28 the working chamber 3 defined annular gap 27a over at least the greater part of its length towards the annular groove 33 wedge-shaped tapered cross-section. To that for the propulsion of the drive piston 6 Nevertheless, to provide the responsible compressed air and an optimal application area, the conical head section runs 64 not conically pointed, but has the shape of a truncated cone whose top surface the above-mentioned end face 62 is.
Die
im Betrieb gemäß Pfeilen 65, 37 den
Kolbenendabschnitt 32 außen axial umströmende Druckluft
definiert praktisch ein aerodynamisches Luftlager als Ergänzung zu
dem aerostatischen Luftlager im Bereich des Luftlagerabschnittes 23.
Mithin wirken bei der Verlagerung des Antriebskolbens 6 im Bereich
des dem momentan mit Druck beaufschlagten Beaufschlagungsraumes 8a zugeordneten
Kolbenendabschnittes 32 aerodynamisch hervorgerufene Tragkräfte F1, während
der Luftlagerabschnitt 23 von aerostatischen Tragkräften F2 beaufschlagt ist. Diese Tragkräfte wirken
rechtwinkelig zur Längsachse 66 des
Antriebskolbens 6 und rufen bezüglich dem Kolbenschwerpunkt
unterschiedliche Kippmomente um die Kolbenquerachsen hervor. Durch
entsprechende Auslegung des konischen Kolbenendabschnittes 32 kann
jedoch die aerodynamische Tragkraft so beeinflusst werden, dass
sich zumindest im Wesentlichen ein Ausgleich der erwähnten Kippmomente
einstellt und dadurch der Antriebskolben 6 bei seiner Linearbewegung
durch die am Außenumfang
strömende
Luft äußerst stabil
geführt
wird.The in operation according to arrows 65 . 37 the piston end section 32 Externally flowing compressed air practically defines an aerodynamic air bearing as a supplement to the aerostatic air bearing in the region of the air bearing section 23 , Thus, act in the displacement of the drive piston 6 in the area of the currently pressurized Beaufschlagungsraumes 8a associated piston end portion 32 aerodynamically induced bearing forces F 1 , while the air bearing section 23 is acted upon by aerostatic bearing forces F 2 . These load capacities act at right angles to the longitudinal axis 66 of the drive piston 6 and call with respect to the piston center of gravity different tilting moments about the piston transverse axes. By appropriate design of the conical Kolbenendabschnittes 32 However, the aerodynamic load capacity can be influenced so that at least substantially compensates for the mentioned tilting moments and thereby the drive piston 6 is guided extremely stable during its linear movement by the air flowing on the outer circumference.
Bei
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung beträgt der Außendurchmesser DA des
kegelstrumpfförmigen
Kopfabschnittes 64 im Bereich des Fußabschnittes 4 mm, während der
Außendurchmesser
dA im Bereich der Stirnfläche 62 3,93
mm entspricht. Die Länge
LK des Kolbenendabschnittes 32 einschließlich der
Breite der Ringnut 33 beträgt etwa 5 mm, während die
Länge LZ des zylindrischen Luftlagerabschnittes 23 bei
etwa 6 mm liegt. Diese absoluten Maßangaben beziehen sich auf
einen Antriebskolben mit Nenn-Außendurchmesser von 4 mm und können unter
Beibehaltung der Durchmesser- und Längenverhältnisse entsprechend der gewünschten Baugröße des Pneumatikantriebes
abgewandelt werden.In a particularly advantageous embodiment, the outer diameter D A of the truncated cone-shaped head portion 64 in the region of the foot section 4 mm, while the outer diameter d A in the region of the end face 62 3.93 mm corresponds. The length L K of Kolbenendabschnittes 32 including the width of the annular groove 33 is about 5 mm, while the length L Z of the cylindrical air bearing section 23 is about 6 mm. These absolute dimensions refer to a drive piston with nominal outer diameter of 4 mm and can be modified while maintaining the diameter and length ratios according to the desired size of the pneumatic actuator.
Abschließend sei
noch anzumerken, dass der Kopplungsbereich 67 zwischen
dem Kraftabgriffsglied 13 und dem Antriebskolben 6 zweckmäßigerweise
so gestaltet ist, dass das Kraftabgriffs glied 13 um mindestens
eine zur Längsachse 66 rechtwinkelige
Querachse bezüglich
dem Antriebskolben 6 verschwenkbar ist. Dies ist durch
Doppelpfeile 68 verdeutlicht. Bei der Bauform der 1 und 2 erreicht
man dies trotz fester Einspannung der Endbereiche der Bandelemente 14 auf
Grund der Biegbarkeit und bevorzugt der Biegeelastizität des Kraftabgriffsgliedes 13.
Ist das Kraftabgriffsglied 13 hingegen eine als solches
starre Komponente, wird die Verschwenkbarkeit 68 durch
eine entsprechende konstruktive Ausgestaltung der Verbindung zwischen Kraftabgriffsglied 13 und
Antriebskolben 6 gewährleistet.
Handelt es sich bei dem Kraftabgriffsglied 13 vergleichbar
der 3 um eine Kolbenstange, kann diese im Rahmen einer
Kugelkopflagerung mit dem Antriebskolben 6 verbunden sein.Finally, it should be noted that the coupling area 67 between the Kraftabgriffsglied 13 and the drive piston 6 is suitably designed so that the force tap member 13 at least one to the longitudinal axis 66 right-angled transverse axis with respect to the drive piston 6 is pivotable. This is by double arrows 68 clarified. In the design of the 1 and 2 this is achieved despite fixed clamping of the end regions of the band elements 14 due to the bendability and preferably the bending elasticity of the Kraftabgriffsgliedes 13 , Is the force tap 13 however, as such a rigid component, the pivotability is 68 by a corresponding structural design of the connection between Kraftabgriffsglied 13 and drive piston 6 guaranteed. Is it at the Kraftabgriffsglied 13 comparable to 3 To a piston rod, this can be in the context of a ball head bearing with the drive piston 6 be connected.