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Die
Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung
für Linearantriebe
gemäß dem jeweils gleichlautenden
Oberbegriff der nebengeordneten Ansprüche 1 bis 5.
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Aus
der
EP 1 460 276 A2 ist
ein Pneumatikzylinder bekannt, bei welchem zur Dämpfung der Bewegung im Bereich
der Endlagen, in den Enddeckeln geeignete Dämpfungsmittel integriert sind.
Diese bestehen aus einem Drosselsystem, welches die Abluft nahe
den vom Kolben erreichten Endlagen nur verzögert an die Atmosphäre abgibt.
Ein solches Endlagendämpfungssystem
eignet sich im Prinzip für pneumatische
Arbeitszylinder jeglicher Art, so auch für die hier interessierenden
Linearantriebe.
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In
Linearantrieben können
Kolben-Zylinder-Einheiten mit und ohne Kolbenstange verwendet werden.
Die durch das antreibende Druckmittel am Kolben erzeugte Kraft wird über die
Kolbenstange bzw. einen dieselbe Funktion ausübenden Mitnehmer auf einen
Schlitten des Linearantriebes übertragen,
der entlang einer ortsfest zur Kolben-Zylinder-Einheit angeordneten
Linearführung
verfahrbar ist. Als Linearantriebe der hier interessierenden Art kommen
jedoch auch Linearantriebe mit anderer Antriebsenergie, wie insbesondere
hydraulisch oder elektromagnetisch angetriebene Linearantriebe in Frage.
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Die
konstruktive Integration einer Dämpfungseinrichtung
der eingangs vorgestellten Art in einen derartig kompakt bauenden
Linearantrieb ist jedoch schwierig. Insbesondere lässt eine
integrierte Dämpfungseinrichtung
eine Verstellung der Dämpfungslänge und
des Dämpfungsgrades – wenn überhaupt – nur sehr
aufwendig zu. Häufig
ist eine teilweise Demontage des Linearantriebes erforderlich.
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Aus
dem allgemeinen Stand der Technik gehen auch außen an einem Linearantrieb
angebrachte, und daher einfacher austauschbare Dämpfungsmittel hervor. Diese
sind jedoch meist nur in Form passiv wirkender Elastomerelemente
ausgebildet, so dass eine Verstellung der Dämpfungslänge und des Dämpfungsgrades
nur sehr begrenzt im Rahmen eines Austausches des Elastomerelements
möglich ist.
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Aus
der
DE 88 07 514 U1 geht
eine aktive Dämpfungseinrichtung
für Linearantriebe
hervor. Diese Dämpfungseinrichtung
ist außen
an einem in seiner Bewegung zu dämpfendes
Maschinenteil montierbar und hinsichtlich der Dämpfungslänge einstellbar. Dies erfolgt über ein
Ein- oder Ausschrauben eines mit einem Außengewinde versehenen Dämpfergehäuses relativ
zu einem ortsfest gegenüber
dem Maschinenteil angebrachten Festanschlags, welcher mit einem
korrespondierenden Innengewinde versehen ist. Die Endlagendämpfung ist
hier also lediglich hinsichtlich der Dämpfungslänge einstellbar.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine außen an einem
Linearantrieb angebrachte gut zugängliche Dämpfungseinrichtung zu schaffen,
deren Dämpfungsfunktion
komfortabel einstellbar ist.
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Die
gestellte Aufgabe wird bei einer Dämpfungseinrichtung der gattungsgemäßen Art
durch die kennzeichnenden Merkmale der nebengeordneten Patentansprüche 1 bis
5 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung besteht dabei im Kern darin, dass aktive pneumatische
Dämpfungsmittel
im Bereich der äußeren Anschläge eines
Linearantriebes derart austauschbar angeordnet sind, und dass sowohl
die Dämpfung
als solche als auch ein rückstellender
Rückhub
aus jeweils demselben Dämpfungshub
bewirkt werden.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung
für Linearantriebe,
mit axialverstellbar außen
am Linearantrieb angeordneten Dämpfungsmitteln,
die in Wirkverbindung mit mindestens einem ebenfalls außenliegenden
Hub-Anschlag des Linearantriebes stehen, wobei der Dämpfungshub über das
gedämpfte
Einfahren einer Kolbenstange erfolgt, wird der Rückhub über einen in der Kolbenstange
stirnseitig integrierten Magnet realisiert, welcher an dem Anschlag
des Linearantriebes magnetisch kraftschlüssig gehalten und mitgenommen
wird.
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Zur
Bewerkstelligung des Rückhubes
ist hier also eine Magnetanordnung wirksam, die an einem der Endanschläge mit magnetischer
Haltekraft anhaftet. Wenn nach erfolgtem Endanschlag in Dämpfungsrichtung
der Kolben-Zylinder-Anordnung, die Dämpfungseinrichtung zusammengefahren
ist und über
eine Entlüftungsschraube
das pneumatische Dämpfungskissen
entlüftet
wurde, dann wird beim Arbeitshub des Arbeitszylinders des Antriebes
die ebenfalls aus einer Kolben-Zylinder-Anordnung bestehenden Dämpfungseinrichtung
wieder auseinandergezogen, indem der Kolben bzw. die Kolbenstange
der Dämpfungseinrichtung über die
magnetische Haltekraft wieder in die Ursprungsstellung zurückgezogen
wird.
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Alternativ
dazu kann gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Rückhub
auch über
eine im Innenraumraum integrierte Druckfeder erfolgen, die beim
Dämpfungshub
komprimiert wird und durch Rückfederung
die Kolbenstange wieder in die Ausgangslage bringt. Hierbei wird
die Dämpfung
wie gehabt pneumatisch durch die Kompression durch den Kolben im
Druckmittelraum des Dämpfungszylinders im
Endlagenbereich bewirkt. Bei Bewegungsumkehr des Linearantriebes
wird die Kolbenstange wieder in die ursprüngliche Stellung gebracht,
indem die zuvor ebenfalls komprimierte Druckfeder diesen wieder
zurückbewegt.
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Alternativ
dazu wird gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Rückhub
der Kolbenstange über eine
Gegenbelüftung
des Innenraums realisiert. Somit wird die Kolbenstange nach dem
Dämpfungshub wieder
in die Ausgangsstellung vor dem Dämpfungseingriff zurückgefahren.
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Gemäß einer
vierten alternativen Ausführungsform
wird der Rückhub
der Kolbenstange über ein
am Hub-Anschlag des Linearantriebes angeordnetes axial elastisches
Element bewirkt, das in der Endanschlagsposition stirnseitig auf
die Kolbenstange wirkt.
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Schließlich wird
gemäß einer
fünften
Ausführungsform
vorgeschlagen, dass der Hub-Anschlag des
Linearantriebes im Bereich der Endanschlagsposition formschlüssig mit
dem stirnseitigen Ende der Kolbenstange zum Eingriff kommt, wobei
der Rückhub
durch formschlüssige
Bewegungsmitnahme der Kolbenstange erfolgt.
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Aus
diesen alternativen Ausführungsformen der
Erfindung können
für einen
Linearantrieb Dämpfungsmittel
je nach technischen und dynamischen Anforderungen ausgewählt werden.
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Wichtig
in allen dargestellten Ausführungsformen
ist, dass zusätzlich
zur einstellbaren Dämpfung
hiermit auch ein einstellbarer Rückhub
nach Dämpfung
erfolgen kann, um den Linearantrieb aus seiner Endlagen wieder herauszubringen.
Dies alles erfolgt aus jeweils einem Arbeitshub des Linearantriebes
heraus. Im Übrigen
sind durch die externe Anbringbarkeit der Dämpfungsmittel, dieselben auch
je nach gewünschtem
Dämpfungs-
und Rückstellverhalten
austauschbar.
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Bei
den unterschiedlicher Ausgestaltungen besteht die Dämpfungsfunktion
als solche aber grundsätzlich
immer aus einer pneumatischen Endlagendämpfung. Vorzugsweise ist die
Entlüftungsschraube
einer zylinderbodenseitigen Abluftdrossel einstellbar und so lässt sich
der Dämpfungsgrad
von außen
her einstellen. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass der Grad der pneumatischen
Dämpfung über eine
feste Abluftblende oder eine Drosselbohrung in einem zylinderbodenseitigen
Endstück der
Dämpfungseinrichtung
vorgegeben ist, die eine Verbindung zwischen einem Innenraum und
der Atmosphäre
herstellt.
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Weitere
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
werden nachfolgend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels der
Erfindung anhand der Figuren näher
beschrieben. Es zeigt:
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1:
einen Linearantrieb mit einer Dämpfungseinrichtung,
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2:
eine magnetische Rückhublösung für die Dämpfungseinrichtung,
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3:
eine Rückhublösung für die Dämpfungseinrichtung
durch integrierte Feder,
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4:
eine Rückhublösung für die Dämpfungseinrichtung
durch Gegenbelüftung,
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5:
eine Rückhublösung für die Dämpfungseinrichtung
durch elastisches Element,
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6:
eine Rückhublösung für die Dämpfungseinrichtung
durch Endanschlag mit Kolbenstange, und
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7 und 8:
je ein Ausführungsbeispiel einer
nicht einstellbaren Dämpfung.
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1 zeigt
den prinzipiellen Aufbau des besagten Linearantriebes, in dem die
erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung
zum Einsatz kommt. Der Linearantrieb besteht im wesentlichen aus
einem unteren feststehenden Teil als Unterschlitten 20 und
einen darauf geführten
beweglichen Teil nach Art eines Oberschlittens 21. Innerhalb
des Unterschlittens 20 sind zwei – nicht im Einzelnen erkennbare – Arbeitzylinder
integriert, die den Oberschlitten 21 auf dem Unterschlitten 20 des
Linearantriebes infolge Druckmittelbeaufschlagung hin und her bewegen.
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Darüber liegend,
d.h. im direkten Eingriff des Oberschlittens 21, befindet
sich eine Dämpfungseinrichtung 30a mit
einem Hub-Anschlag 7 in einer Endlagenposition, der durch
den Unterschlitten 20 des Linearantriebs gebildet wird,
welcher in den Wirkbereich des Oberschlittens 21 hineinragt.
Eine weitere Dämpfungseinrichtung 30b für die andere
Endlagenposition ist ortsfest zum Unterschlitten 20 angeordnet,
wogegen der korrespondierende – nicht
weiter erkennbare – Hub-Anschlag
seitens des Oberschlittens 21 ausgebildet ist.
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Die
Dämpfungseinrichtungen 30a und 30b sind
von außen
her zugänglich,
stirnseitig an den Linearantrieb angebracht, so dass die gewünschte Dämpfungsfunktion
leicht von außen
her einstellbar ist.
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2 zeigt
eine Ausführungsform
einer dabei verwendeten Dämpfungseinrichtung 30.
Dabei besteht die Dämpfungseinrichtung 30 aus
einem patronenartigen Zylindergehäuse 1, in welchem
an einem Ende eine Einstellschraube 5 einer Abluftdrossel
platziert ist. Die Kolbenstange 2 mit einem zylinderinnenseitigen
Kolbenabschnitt ragt dabei über eine
Führung 3 im
Bereich der Öffnung
des Zylindergehäuses 1 nach
außen.
Die Abdichtung dieser Kolben-Zylinder-Anordnung erfolgt über eine
Kolbendichtung 4 am Kolbenabschnitt der Kolbenstange 2.
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Am
distalen Ende der Kolbenstange 2 ist ein Magnet 6 stirnseitig
angeordnet. Dieser ist als Permanentmagnet ausgestaltet. Es ist
aber auch denkbar diesen als Elektromagnet mit schaltbarer Magnetkraft
auszubilden.
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Ist
diese Dämpfungseinrichtung 30 wie
in 1 gezeigt eingebaut, so erfolgt beim Verfahren des
Oberschlittens 21 des Linearantriebes eine Kompression,
die im Bereich nahe dem Endanschlag aufgrund des Eindringens der
Kolbenstange 2 in das Gehäuse 1 ganz erheblich
wird und das Anfahren dieser Endlage entsprechend dämpft. Die
Dämpfung als
solche lässt
sich dabei über
die Einstellschraube 5 einstellen, über den der Entlastungsdruck
im Endvolumen einstellbar ist.
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Um
nun die Kolbenstange 2 wieder aus dieser Endlage zurückzustellen
in die hier dargestellte Ausgangslage, muss die Kolbenstange 2 vom
Schlitten oder von einem Hub- Anschlag 7 (gemäß 1) des
Schlittens bei der Umkehrbewegung wieder mitgenommen werden.
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Dies
erfolgt indem der Anschlag des Schlittens, der an der Kolbenstange 2 anliegt,
in magnetischen Halteschluss miteinander verbunden bleiben, so dass
die Kolbenstange bei einer Umkehrbewegung wieder mit in die Ausgangsstellung
genommen wird. Natürlich
setzt dies voraus, dass der Hub-Anschlag 7 eisenmetallisch
ist.
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3 zeigt
ein Beispiel, bei dem innerhalb der Kolben-Zylinder-Anordnung einer
Dämpfungseinrichtung 30' eine Druckfeder 8 in
den Innenraum 9 integriert ist. Der Innenraum 9 hat
aus diesem Grund an dem dämpfungsseitigen
Anschlag eine zylinderringförmige
Vertiefung einerseits und im Kolbenbereich der Kolbenstange 2 eine
zylinderringförmige Vertiefung
andererseits. Die Druckfeder 8 wird in beiden Räumen geführt, so
dass diese im maximalen Endanschlag im Innenraum 9 nicht über den
Hookeschen Bereich hinaus komprimiert werden kann.
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Wird
nun die Kolbenstange 2 durch Einwirkung des einen mitnehmenden
Hub-Anschlages bis in den Endanschlagbereich gefahren, dann erfolgt dort
wie in den obigen Beispielen eine pneumatische Dämpfung, die über die
Einstellschraube 5 einstellbar ist. Die Einstellschraube 5 gibt
dabei mehr oder weniger des Querschnittes des Entlüftungskanals frei.
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Ist
der Endanschlag erreicht und erfolgt eine Bewegungsumkehr des Linearantriebes,
dann wird die Kolbenstange 2 vom Schlitten nicht mitgenommen,
sondern die integrierte Druckfeder 8 bewirkt eine Rückstellung
in die Ursprungslage.
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4 zeigt
eine Dämpfungseinrichtung 30'', bei der in der Dämpfung die
Kolbenstange 2 tief in das Zylindergehäuse 1, also den Innenraum 9 geschoben
wird, und sich der Druck innerhalb desselben erhöht, so dass auch hier – wie bei
allen anderen Beispielen – eine
pneumatische Dämpfung
wirksam wird. Am anschlagseitigen Ende des Innenraumes 9 ist
zur gedrosselten Entlüftung
wieder eine Einstellschraube 5 vorgesehen, über welche
der Entlastungsdruck und damit die letztendliche Dämpfungswirkung
einstellbar ist.
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Ebenfalls
in diesem Bereich ist ein Rückschlagventil
angeordnet, das eine Kugel 12 über eine Federscheibe 11 auf
eine Kugelbuchse 10 drückt, wenn
sich der Innendruck in Dämpfungs richtung
erhöht,
und eine ungewollte Entlüftung über diesen Druckmittelanschluss
verhindert.
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Ist
die Dämpfung
erfolgt, so wird auch bei diesem Ausgestaltungsbeispiel die Kolbenstange 2 nicht
vom rückbewegenden
Schlitten mitgenommen, sondern über
das Rückschlagventil
erfolgt eine gezielte gesteuerte Belüftung von außen, so
dass die Kolbenstange 2 hierüber in die Ausgangsstellung
zurückgetrieben
wird.
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5 zeigt
eine Dämpfungseinrichtung 30''', bei
der die Rückstellung
nach erfolgter oben bereits beschriebener pneumatischer Dämpfung durch
eine Kopplung der Kolbenstange 2 mit dem mitnehmenden bzw.
rücknehmenden
Hub-Anschlag 7 erfolgt, indem dieser mit der Kolbenstange 2 über elastische Elemente 13,
wie durch ein expandiertes Gummiband zurückgeholt wird. Dieses elastische
Element 13 wird expandiert durch den Dämpfungshub und holt die Kolbenstange 2 sodann
nach erfolgter Dämpfung
wieder zurück.
Hierbei besteht das elastische Element 13 aus zwei Partien,
von denen das eine fest mit dem Hub-Anschlag 7 des Schlittens
verbunden ist und das andere gegenüberliegend mit der Kolbenstange 2.
Die beiden, das elastische Element 13 bildenden Partien
werden dann über
konische, komplementäre
Elemente miteinander verklemmt und ergeben somit zusammen die Rückholfederung
nach Art des elastischen Bandes.
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6 zeigt
ein Ausgestaltungsbeispiel einer Dämpfungseinrichtung 30 bei
der eine Kolbenstange samt Kolbenbereich Bestandteil des Hub-Anschlags 7 des
Schlittens ist. Man könnte
auch sagen, der Hub-Anschlag 7 enthält einen Kolben der in einen einseitig
offenen und mit einem gegenüberliegenden Hub-Anschlag 7 verbunden
Zylindergehäuse 1 eintaucht.
Die Dämpfung
erfolgt dabei in der gleichen Weise wie oben beschrieben pneumatisch,
aber die Rückholung
in die Ursprungslage erfolgt direkt durch die Umkehrbewegung des
Schlittens.
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Gemäß 7 ist
der Grad der pneumatischen Dämpfung über eine
austauschbare Abluftblende 14 fest vorgegeben, die zwischen
einem zylinderbodenseitigen Endstück 15 mit Dichtring 16 und dem
Zylindergehäuse 1 angeordnet
ist, um eine Verbindung zwischen einem Innenraum 9 und
der Atmosphäre
herzustellen.
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Gemäß 8 ist
der Grad der pneumatischen Dämpfung über eine
Drosselbohrung 17 im zylinderbodenseitigen Endstück 15 realisiert,
die eine Verbindung zwischen einem Innenraum 9 und der
Atmosphäre
herzustellt. Die Drosselbohrung 17 ist gleichzeitig auch
Sitz einer Rückschlagventilanordnung 18,
so dass sich insgesamt die Funktion eines Drosselrückschlagventils
ergibt.
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In
allen Fällen
ist die Dämpfungseinrichtung 30–30'''' von außen am Linearantrieb
angebaut und damit auch zugänglich,
um die Dämpfung
einfach auswählen
oder verstellen zu können.
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- 1
- Zylindergehäuse
- 2
- Kolbenstange
- 3
- Führungsbuchse
- 4
- Kolbendichtung
- 5
- Einstellschraube
- 6
- Magnet
- 7
- Hub-Anschlag
- 8
- Druckfeder
- 9
- Innenraum
- 10
- Kugelbuchse
- 11
- Federscheibe
- 12
- Kugel
- 13
- elastisches
Element
- 14
- Abluftblende
- 15
- Endstück
- 16
- Dichtring
- 17
- Drosselbohrung
- 18
- Rückschlagventilanordnung
- 20
- Unterschlitten
des Linearantriebes
- 21
- Oberschlitten
des Linearantriebes
- 30,
30a, 30b
- Dämpfungseinrichtung