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Die
Erfindung betrifft einen Druckmittelzylinder mit zwei Kraftübertragungselementen
zur Ankopplung einer externen Last und Druckmittelanschlüssen zur
Zufuhr und Abfuhr von Druckmittel in die innerhalb einer Bohrung
im Körper
des Druckmittelzylinders gebildeten Arbeitsräume, mit zwei innerhalb der
Bohrung des Druckmittelzylinders angeordneten Kolben, wobei einer
der Druckmittelanschlüsse zu
einem zwischen den beiden Kolben definierten zentralen Arbeitsraum
führt.
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Neben
stangenlosen Druckmittelzylindern, bei welchen ein Kraftübertragungselement
durch einen mittels Abdichtband abgedichteten Schlitz hindurch mit
dem Kolben verbunden ist, wurde auch eine Konstruktion vorgeschlagen,
bei der ein zweites Kraftübertragungselement
vorgesehen ist. Dabei erfolgt gemäß der
EP 0 647 786 B1 die Anbindung
dieses zweiten Kraftübertragungselementes
an den einen Kolben des Druckmittelzylinders über eine flexible Antriebseinrichtung,
vorzugsweise in Form eines geschlossenen Riemens, welche Antriebseinrichtung am
ersten Kraftübertragungselement
befestigt ist und über
an den Enden des Druckmittelzylinders vorgesehene Umlenkeinrichtungen
läuft.
Diese Antriebseinrichtung ist sehr großen Belastungen ausgesetzt, und
für größere Lasten
ist ein großer
Kolbenquerschnitt notwendig, was zu einem insgesamt relativ großen und
schweren Druckmittelzylinder führt.
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In
der
DE 196 04 994
A1 ist ein ähnliches
Antriebssystem für
zwei gegenläufig
zueinander anzutreibende Lasten beschrieben. Der Kopf einer Kolbenstange
eines Kolbenstangen-Zylinders ist über ein Kraftübertragungselement
mit einer der beiden Lasten verbunden, welches Kraftübertragungselement
seinerseits mit einem umlaufenden Band gekoppelt ist. Am gegenläufigen Abschnitt
dieses Bandes ist ein zweites Kraftübertragungselement für die zweite
Last angekoppelt, so dass mit einem Druckmittelzylinder mit nur
einem Kolben zwei Lasten synchronisiert gegenläufig bewegt werden können.
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Ein
Druckmittelzylinder mit zwei Kolben innerhalb des Körpers des
Druckmittelzylinders und mit zwei als Kraftübertragungselemente dienenden Kolbenstangen
zur Ankopplung einer externen Last ist in der
EP 1 350 960 A1 beschrieben.
Einer der Druckmittelanschlüsse
führt zu
dem zwischen den beiden Kolben definierten zentralen Arbeitsraum,
so dass durch unterschiedliche, aufeinander abgestimmte Beaufschlagung
der einzelnen Arbeitsräume die
beiden Kolben variabel und im Prinzip unabhängig voneinander verstellt
und positioniert werden können.
Eine Synchronisierung der Kolbenbewegung ist nicht vorgesehen und
könnte
nur über
die Ansteuerung der Arbeitsräume
mit Druckmittel erzielt werden. Speziell für Pneumatikzylinder ist diese
Art der Synchronisierung allerdings ungenau bzw. bedarf für gewünschte hohe
Genauigkeit sehr großen
Aufwandes.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen stangenlosen Druckmittelzylinder
derart auszubilden, dass Lasten gegeneinander mit Kolben vergleichsweise
geringeren Querschnittes verfahren werden können, so dass einerseits der
Druckmittelzylinder dünner
und leichter gebaut sein kann.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die beiden Kolben über
eine Synchronisierungseinrichtung miteinander verbunden und damit
in jedem Betriebszustand im wesentlichen symmetrisch zur Längsmitte
der Bohrung angeordnet sind, und dass je eines der Kraftübertragungselemente
mit jeweils einem der Kolben durch einen Längsschlitz im Körper des
kolbenstangenlosen Druckmittelzylinders hindurch verbunden ist.
Je ein Kraftübertragungselement
ist also direkt und unmittelbar an jeweils einen separaten Kolben
angekoppelt, so dass eine externe flexible Antriebseinrichtung entfallen
kann. Die Kolben, welche jeder nur für einen Teil der Gesamtlast
und damit mit geringerem Querschnitt ausgelegt sein können, werden
für die
Bewegung voneinander weg über
einen gemeinsamen, zwischen den mittigen Endpositionen gelegenen Druckmittelanschluss
beaufschlagt. Trotz Verdopplung der antriebswirksamen Anteile gegenüber herkömmli chen
Ein-Kolben-Zylindern muss daher nur ein zusätzlicher Anschluss vorgesehen
sein. Über die
Synchronisierungseinrichtung können
dennoch unterschiedliche Reibungskräfte auf beiden Seiten ausgeglichen
und damit absolut synchroner Lauf der beiden Kraftübertragungselemente
gewährleistet werden.
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Vorteilhafterweise
sind die beiden Kolben zur Synchronisierung ihrer Bewegungen gemäß einem weiteren
Merkmal der Erfindung durch zumindest ein im wesentlichen längenkonstantes
flexibles Element verbunden, welches über Umlenkeinrichtungen, vorzugsweise
Umlenkrollen, an den Enden des Druckmittelzylinders geführt ist.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
ist die erfindungsgemäße Synchronisierungseinrichtung dadurch
gebildet, dass ein erstes flexibles Element von einem ersten der
Kolben ausgehend abgedichtet durch den zweiten Kolben hindurch, über eine
erste der Umlenkeinrichtungen zurück zum zweiten Kolben geführt ist.
Damit liegt zumindest ein Teil der Synchronisierungseinrichtung
innerhalb des Druckmittelzylinders und trägt nicht zu einer baulichen
Vergrößerung bei.
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Um
nur auf Zug beanspruchte Einrichtungen anwenden zu können, ist
bei der obigen Ausführungsform
vorteilhafterweise vorgesehen, dass ein zweites flexibles Element
vom ersten Kolben ausgehend über
die zweite Umlenkeinrichtung, vorbei am Kraftübertragungselement des ersten
Kolbens zum zweiten Kolben geführt
ist. Damit ist eine geschlossene Synchronisierungs-Verbindung der
beiden Kraftübertragungselemente
bzw. Kolben gegeben.
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Vorzugsweise
sind dabei die flexiblen Elemente am ersten Kolben und am Kraftübertragungselement
des zweiten Kolbens befestigt.
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Bei
einfacherer, herkömmlicher
baulicher Ausführung
der beiden Kolben kann alternativ auch eine Ausführungsform der Erfindung dadurch
gekennzeichnet sein, dass die flexiblen Elemente außerhalb
der Bohrung angeordnet und mit den beiden Kraftübertragungselementen verbunden
sind.
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Selbstverständlich könnte gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung als Synchronisierungseinrichtung auch ein geschlossenes
und mit beiden Kraftübertragungselementen
verbundenes flexibles Element vorgesehen sein.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zumindest
ein flexibles Element durch ein im Wesentlichen glattes Seil gebildet
ist. Diese Variante ist besonders bei innenliegender Synchronisierungseinrichtung
vorteilhaft, da die abgedichtete Durchführung durch den Kolben einfacher
zu lösen
ist.
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Für außenliegende
Bauweise kann dagegen auch vorgesehen sein, dass zumindest ein flexibles Element
durch einen Zahnriemen gebildet ist. Damit kann sicher die relative
Kopplung und damit Synchronisierung gewährleistet werden.
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In
der nachfolgenden Beschreibung sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert werden.
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Die 1 zeigt
einen Druckmittelzylinder gemäß der Erfindung
mit teilweise innenliegender Synchronisierungseinrichtung in Form
eines Seils, 2a zeigt einen erfindungsgemäßen Druckmittelzylinder
mit außenliegendem
Synchronisierungsriemen in perspektivischer Ansicht, 2b ist
der Zylinder von 2a in Seitenansicht, 2c zeigt
den Zylinder der 2a in der Draufsicht, 3a zeigt
einen Druckmittelzylinder mit einer anderen Ausführungsform der Synchronisierungseinrichtung,
nämlich
einem außenliegenden
Seil, in der Seitenansicht, und 3b ist
der Zylinder der 3a in der Draufsicht.
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In
einem kolbenstangenlosen Pneumatikzylinder der Bauart Schlitzzylinder
befinden sich zwei längsbewegliche
Kolben 1, 2. Der Schlitz wird mittels eines Dichtbandes 3 aus
Stahl oder Kunststoff abgedichtet. An den Enden des Zylinderrohres 4 sind
Deckel 5, 6 mit je einem Luftanschluss montiert.
Alternativ dazu könnte
auch nur einer der Deckel 5, 6 mit einem Luftanschluss
versehen sein, der einer seits zum an diesen Deckel 5, 6 anschließenden Arbeitsraum, aber
auch zu einer parallel zum Zylinderrohr 4 verlaufenden
Druckmittelleitung zum gegenüberliegenden Deckel
und zu dem diesem Deckel nächstliegenden Arbeitsraum
führt.
Auch zwei getrennte Luftanschlüsse
an nur einem der Deckel 5, 6 für die beiden außermittig
gelegenen Arbeitsräume
wären möglich, wobei dann
ebenfalls eine dem Zylinderrohr 4 parallele Leitung vom
Deckel 5, 6 mit dem doppelten Luftanschluss zum
gegenüberliegenden
Arbeitsraum vorgesehen ist. Weiterhin ist in der Mitte des Zylinderrohres 4 ebenfalls
ein Luftanschluss 7 zum mittig zwischen den beiden Kolben 1, 2 definierten
Arbeitsraum vorgesehen.
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Die
mittlere Position wird entweder durch einen Anschlag mit Puffer
bzw. Stoßdämpfer (nicht
dargestellt) oder durch eine interne pneumatische Endlagendämpfung erreicht.
Befinden sich die beiden Kolben 1, 2 z.B. in der
mittleren Position und Druckluft strömt in der Mitte des Zylinderrohres 4 ein,
dann bewegen sich die beiden Kolben 1, 2 auseinander
bis sie die äußere Endlage
erreicht haben. Die äußere Position
wird entweder ebenfalls durch einen externen Anschlag an den Deckeln 5, 6 mit
Puffer bzw. Stoßdämpfer oder
durch eine interne pneumatische Endlagendämpfung erreicht.
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Der
erste Kolben 1 ist über
ein teilweise im Inneren des Zylinderrohres 4 verlaufendes
erstes Seil 8 mit dem Kraftübertragungselement 9 des
zweiten Kolbens 2 verbunden. Dazu ist dieses erste Seil 8 durch
den zweiten Kolben 2 hindurchgeführt, abgedichtet mittels Dichtelementen 2a,
und läuft
am Ende des Zylinderrohres 4 über eine Umlenkrolle 10,
die am oder im Deckel 5 vorgesehen ist. Vom ersten Kolben 1 geht
noch ein zweites Seil 11 aus, welches über eine weitere Umlenkrolle 12 am
gegenüberliegenden
Deckel 6 und weiter vorbei am Kraftübertragungselement 13 des
ersten Kolbens 1 zum Kraftübertragungselement 9 des
zweiten Kolbens 2 verläuft,
wo es befestigt ist. Im Bereich der Umlenkrollen 10, 12 werden
die Seile 8, 11 ebenfalls abgedichtet mittels
Dichtelementen 5a, 6a durch die Deckel 5, 6 vom
Inneren des Zylinderrohres 4 an dessen Außenseite
geführt.
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Befinden
sich die beiden Kolben 1, 2 z.B. in den äußeren Endlagen
und Druckluft strömt über die Luftanschlüsse in beiden
Deckeln 5, 6 ein, dann bewegen sich die beiden
Kolben 1, 2 durch die Seile 8, 11 synchronisiert
aufeinander zu, bis sie die mittlere Position erreicht haben. Befinden
sich die beiden Kolben 1, 2 in der mittleren Position
wird durch Druckluftzufuhr über
den Anschluss 7 in der Mitte des Zylinderrohres 4 die
synchrone Bewegung der Kolben 1, 2 auseinander
bis in die äußere Endlage
bewirkt. Wie aus der 1 zu ersehen ist, wird das Seil 11 in ähnlicher
Weise wie das Dichtband 3 um die Verbindung zwischen Kraftübertragungselement 13 und
Kolben 1 ausgelenkt und herumgeführt.
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Eine
andere Ausführungsform
der Erfindung ist in den 2a bis 2c dargestellt,
wobei die Synchronisierung des Laufes der Kolben und damit auch
der Kraftübertragungselemente 9, 13 über einen
außenliegenden,
vorzugsweise endlosen Zahnriemen 14 bewirkt wird. Die beiden
Kraftübertragungselemente 9, 13 sind
an jeweils gegenüberliegenden
Seiten bezüglich
der Längsachse
des Druckmittelzylinders mit dem Zahnriemen 14 gekoppelt, welcher über die
außenliegenden
Umlenkrollen 10, 12 seitlich an den Deckeln 5, 6 geführt ist.
Mittig zwischen den Kraftübertragungselementen 9, 13 ist
außen
am Zylinderrohr 4 ein Anschlag 15, vorzugsweise
mit Dämpfer,
vorgesehen, zusätzlich
oder alternativ zu einem Anschlag für die Kolben 1, 2 innerhalb der
Bohrung oder einer internen pneumatischen Endlagendämpfung.
Anstelle des Zahnriemens 14 könnte auch, wie dies in den 3a und 3b beispielhaft
gezeigt ist, ein Seil 16 außerhalb des Zylinderrohres 4 über die
Umlenkrollen 10, 12 geführt und mit den Kraftübertragungseinrichtungen 9, 13 verbunden sein,
um deren Bewegung zu synchronisieren. Wie in 3a beim
Kraftübertragungselement 9 und
in 3b deutlich zu sehen ist, kann die Ankopplung des
Seils 16, des Zahnriemens 14 oder anderer Synchronisierungseinrichtungen
an den Kraftübertragungseinrichtungen 9, 13 auch über zwischengeschaltete
Befestigungseinheiten 17 erfolgen.
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In
allen Ausführungsformen
der Erfindung ist vorteilhafterweise auch eine Spannvorrichtung
in einem der beiden Deckel 5, 6 oder in einer
Kraftübertragungseinrichtung 9, 13 vorgesehen,
durch welche das Seil 8, 11, 16 bzw.
der Zahnriemen 14 gespannt und auf Spannung gehalten wird.