DE102007025566A1

DE102007025566A1 - Einfach wirkender Pneumatikzylinder

Info

Publication number: DE102007025566A1
Application number: DE102007025566A
Authority: DE
Inventors: Jens Reimer
Original assignee: Bosch Rexroth Teknik AB
Current assignee: Aventics GmbH
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2027-06-01
Also published as: SE0801278L; SE533862C2; DE102007025566B4

Abstract

Einfach wirkender Pnaumatikzylinder mit einem Zylindergehäuse (1), an welchem ein Druckluftanschluss (2) zur Beaufschlagung einer Seite eines innenliegenden Kolbens (3) zur Erzeugung einer Kraft angeordnet ist, wobei die gegenüberliegende Seite des Kolbens (3) mit einer Druckfeder (4) beaufschlagt ist, welche innerhalb des Zylindergehäuses eine von Kolben (3) ausgehende Kolbenstange (5) umgibt, wobei zumindest ein Stützelement (6; 6a, 6b) die Kolbenstange (5) zur Führung der Druckfeder (4) umgibt oder außen an der Druckfeder (4) angebracht ist, um einen Kontakt zwischen der Druckfeder (4) und der Innenwandung des Zylindergehäuses (1) während des Kolbenhubs zu unterbinden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen einfach wirkenden Pneumatikzylinder mit einem Zylindergehäuse, an welchem ein Druckluftanschluss zur Beaufschlagung einer Seite eines innenliegenden Kolbens zur Erzeugung einer Kraft angeordnet ist, wobei die gegenüberliegende Seite des Kolbens mit einer Druckfeder beaufschlagt ist, welche innerhalb des Zylindergehäuses eine vom Kolben ausgehende Kolbenstange umgibt.
Derartige Pneumatikzylinder kommen beispielsweise innerhalb pneumatisch betriebener Automatisierungssysteme als Aktuatoren zur Erzeugung einer Kraft zwecks Bewegung eines Werkstücks oder Werkzeugs zum Einsatz, insbesondere in der Automobilindustrie, Nahrungsmittelindustrie oder Papierindustrie.
Ein einfach wirkender Pneumatikzylinder enthält prinzipiell mindestens ein meist als Druckfeder ausgebildetes Federelement, welches zur Rückstellung des innenliegenden Kolbens in eine Ausgangsposition sorgt, falls der Pneumatikzylinder nicht mit Druckluft beaufschlagt ist. Normalerweise wird der innenliegende Kolben zu einer Seite hin mit Druckluft beaufschlagt und zur anderen Seite hin über die Druckfeder rückgestellt.
Die DE 32 14 777 A1 offenbart einen gattungsgemäßen einfach wirkenden Pneumatikzylinder mit einer integrierten Druckfeder zur Rückstellung des Kolbens. Der Pneumatikzylinder besteht im Wesentlichen aus einem Zylindergehäuse mit einem bodenseitigen Druckluftanschluss zur Speisung. Die Druckluft gelangt hier in Durchlassrichtung über ein Rückschlagventil in den zylinderbodenseitigen Raum. Bei Entlüftung dieses Raumes sorgt das Rückschlagventil dafür, dass die hieraus entweichende Druckluft über einen internen Umlenkkanal in einem dem Kolben gegenüberliegenden Raum des Zylindergehäuses übergeleitet wird, um die Rückstellung entsprechend zu unterstützen. Hiervon abgezweigt verlässt die Abluft über ein außen am Zylindergehäuse angebrachtes Rückschlagventil den Pneumatikzylinder. Ein wesentlicher Teil der Rückstellkraft wird daneben auch über die in diesem Raum integrierte Rückstellfeder aufgebracht.
Um zu vermeiden, dass die Rückstellfeder während des Kolbenhubs in Berührung mit der Innenwandung des Zylindergehäuses kommt, was eine Beschädigung durch Abrasion hervorrufen würde, die die Dichtungspaarung zwischen dem Kolben und dem Zylindergehäuse im Laufe der Zeit zerstören würde, ist die Druckfeder geschützt untergebracht. Zum Schutz wird diese teilweise von einander gegenüberliegenden Ausnehmungen seitens des Kolbens sowie des Zylinderdeckels eingeschlossen.
Nachteilig bei dieser technischen Lösung ist jedoch, dass am Kolben und am Zylinderdeckel entsprechend große Ausnehmungen zur Aufnahme der Druckfeder vorzusehen sind, so dass diese Bauteile entsprechend großbauend ausfallen. Insbesondere bei sehr langbauenden Pneumatikzylindern lässt sich über die gesamte Hublänge mit dieser technischen Lösung nicht ein wirksamer Schutz der Innenwandung des Zylindergehäuses erzielen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem langbauenden Pneumatikzylinder einfach konstruierte und gleichzeitig zuverlässig wirkende Mittel zum Schutz der Innenoberfläche des Zylindergehäuses gegen Abrasion durch die innenliegende Druckfeder zu schaffen.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem einfach wirkenden Pneumatikzylinder gemäß dem Oberbegriff der nebengeordnete Ansprüche 1 und 3 in Verbindung mit den jeweiligen kennzeichnenden Merkmalen gelöst.
Die Erfindung schließt in einer ersten Variante zur innenradialen Führung der Druckfeder entlang des Kolbenhubs die technische Lehre ein, dass zumindest ein Stützelement ortsfest innerhalb der Druckfeder angebracht ist, wobei das Stützelement die Kolbenstange zur axialen Führung der Druckfeder umgibt, um einen Kontakt zwischen der Druckfeder und der Innenwandung des Zylindergehäuses während des Kolbenhubs zu unterbinden.
Die Erfindung schließt in einer zweiten Variante zur außenradialen Führung der Druckfeder entlang des Kolbenhubs die technische Lehre ein, dass zumindest ein Stützelement die Druckfeder umgebend hieran angebracht ist, wobei das Stützelement zur Führung der Druckfeder entlang der Innenwandung des Zylindergehäuses gleitet, um einen Kontakt zwischen der Druckfeder und der Innenwandung des Zylindergehäuses während des Kolbens zu unterbinden.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung nach beiden alternativen Ausführungsformen ist, dass sich ein solches Stützelement in einfacher Weise – beispielsweise in Form eines Kunststoffspritzteils – herstellen lässt und je nach Länge der Druckfeder an geeigneten Stellen entlang der axialen Erstreckung hieran anbringen lässt. Somit bietet die erfindungsgemäße Lösung eine hohe Flexibilität bezüglich unterschiedlich langer Pneumatikzylinder. Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet in beiden Ausführungsformen weiterhin die Beibehaltung eines konstanten radialen Abstands zwischen der Druckfeder und der Innenwandung und des Zylindergehäuses, welcher einfach dimensionierbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Druckfeder aus sich einander abwechselnden Abschnitten größeren und kleineren Durchmessers. Diese Formgebung begünstigt die Anbringung des Stützelements. Im Falle eines innerhalb der Druckfeder anzubringenden Stützelements wird dieses vorzugsweise innerhalb eines Abschnitts kleineren Durchmessers in die Druckfeder eingepresst. Hierdurch wird eine einfache Montage sowie auch ein zuverlässig fester Sitz des Stützelements innerhalb der Druckfeder erreicht.
Im Falle eines auf die Druckfeder aufgeschobenen Stützelements kann dieses entweder in einem Abschnitt größeren Durchmessers oder in einem Abschnitt kleineren Durchmessers der Druckfeder angeordnet sein. Eine besonders einfache Montage ist gewährleistet, wenn das Stützelement an einem Abschnitt größeren Durchmessers der Druckfeder angeordnet wird. Dagegen ergeben sich verbesserte Federungseigenschaften, wenn das Stützelement an einem Abschnitt kleineren Durchmessers an der Druckfeder angebracht wird.
Neben einer Verbindung zwischen Stützelement und Druckfeder als Presspassung lässt sich eine ortsfeste Befestigung auch unter Zuhilfenahme mechanischer Befestigungsmittel realisieren. Als mechanisches Befestigungsmittel kann dabei beispielsweise mindestens eine Schraube dienen, welche zwischen benachbarten Windungen der Druckfeder in das Stützelement eingeschraubt ist. Hierdurch wird das Stützelement zusätzlich gegen Verrutschen gesichert.
Ist aufgrund der Länge des einfach wirkenden Pneumatikzylinders lediglich ein einziges Stützelement erforderlich, so sollte dieses vorzugsweise im Mittelbereich der Druckfeder angeordnet sein. Denn in diesem Bereich bestünde im Falle eines Weglassens des Stützelements die größte Gefahr einer Beschädigung der Innenwandung des Zylindergehäuses durch die sich hieran reibende Druckfeder.
Zusätzlich kann die Druckfeder auch endseitig derart fixiert werden, dass ein optimaler Spaltabstand zur Innenwandung des Zylindergehäuses hin sichergestellt wird. Am zylinderdeckelseitigen Ende kann die Druckfeder dementsprechend an einem Zentrierelement zur Anlage kommen, das ortsfest zum Zylindergehäuses angeordnet ist. Das Zentrierelement kann dabei gleichzeitig eine Durchgangsbohrung zur Führung der Kolbenstange aufweisen, so dass mit einem einzigen Bauteil ein Zylinderdeckel geschaffen ist.
Dagegen kann die Druckfeder gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme zum gegenüberliegenden Ende hin über einen Zentrierbereich des Kolbens positioniert sein, um einen Kontakt der Druckfeder mit der Innenwandung des Zylindergehäuses zu verhindern. Dieser Zentrierbereich kann in Form einer Ausnehmung direkt stirnseitig des der Druckfeder zugewandten Bereichs am Kolben angeformt sein, so dass sich dieser Zentrierbereich in einfacher Weise mit dem Kolben ausbilden lässt.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 einen Seitenschnitt durch einen einfach wirkenden Pneumatikzylinder mit einem Stützelement,
2 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform mit innerhalb der Druckfeder angeordneten Stützelementen,
3 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform mit außerhalb der Druckfeder an Abschnitten größeren Durchmessers angeordneten Stützelementen, und
4 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform mit außerhalb der Druckfeder an Abschnitten kleineren Durchmessers angeordneten Stützelementen.
Gemäß 1 umfasst der einfach wirkende Pneumatikzylinder ein Zylindergehäuse 1 mit hieran direkt angeformtem Zylinderboden. Im Bereich des Zylinderbodens ist ein Druckluftanschluss 2 zur Beaufschlagung eines innerhalb des Zylindergehäuses 1 angeordneten axial bewegbaren Kolbens 3 vorgesehen. Der Kolben 3 wird an der gegenüberliegenden Seite mit einer Druckfeder 4 zur Rückstellung beaufschlagt. Vom Kolben 3 geht ferner eine Kolbenstange 5 aus, welche das Zylindergehäuse 1 zur Übertragung der über die Druckluft erzeugten Kraft verlässt.
Um einen Kontakt zwischen der Druckfeder 4 und der Innenwandung des Zylindergehäuses 1 während des Kolbenhubs zu unterbinden, ist weiterhin im Mittelbereich der Druckfeder 4 ein einziges Stützelement 6 vorgesehen, welches ortsfest innerhalb der Druckfeder 4 durch Einpressen angebracht ist. Das Stützelement 6 umgibt dabei die Kolbenstange 4, welche eine axiale Führung für das Stützelement 6 über eine zwischen beiden Bauteilen vorhandene Spielpassung darstellt.
Die Druckfeder 4 stützt sich am zylinderdeckelseitigen Ende an einem Zentrierelement 10 ab, welches in das Zylindergehäuse 1 eingebracht ist und gleichzeitig auch eine Durchgangsbohrung zur Hindurchführung der Kolbenstange 5 besitzt. Die Druckfeder 4 wird zum anderen Ende hin über einen Zentrierbereich 11 des Kolbens 3 geführt.
Gemäß 2 sind zwei Stützelemente 6a und 6b einer Druckfeder 4 zugeordnet. Die Druckfeder 4 besteht aus mehreren Abschnitten 7 größeren Durchmessers, welche sich mit Abschnitten 8 kleineren Durchmessers abwechseln. Die Stützelemente 6a und 6b sind in die Abschnitte 8 kleineren Durchmessers eingepresst.
Nach 3 sind gemäß einer anderen Ausführungsform zwei Stützelemente 6'a und 6'b außen, die Druckfeder 4 umgebend hieran angebracht. Diese Stützelemente 6'a und 6'b kommen gleitend mit der Innenwandung des Zylindergehäuses 1 in Kontakt und verhindern somit eine schädigende Berührung der Druckfeder 4 am Zylindergehäuse 1. Zusätzlich sind die Stützelemente 6'a und 6'b über je eine Schraube 9a bzw. 9b verschiebungssicher an der Druckfeder 4 gehalten.
Gemäß 4 sind zwei Stützelemente 6''a und 6''b im Bereich eines Abschnitts 8 kleineren Durchmessers der Druckfeder 4 angebracht und nehmen hier dieselbe Funktion wie beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wahr.

1: Zylindergehäuse
2: Druckluftanschluss
3: Kolben
4: Druckfeder
5: Kolbenstange
6: Stützelement
7: erster Abschnitt
8: zweiter Abschnitt
9: Schraube
10: Zentrierelement
11: Zentrierbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3214777 A1 [0004]

Claims

Einfach wirkender Pneumatikzylinder mit einem Zylindergehäuse (1), an welchem ein Druckluftanschluss (2) zur Beaufschlagung einer Seite eines innenliegenden Kolbens (3) zur Erzeugung einer Kraft angeordnet ist, wobei die gegenüberliegende Seite des Kolbens (3) mit einer Druckfeder (4) beaufschlagt ist, welche innerhalb des Zylindergehäuses (1) eine vom Kolben (3) ausgehende Kolbenstange (5) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Stützelement (6; 6a, 6b) ortsfest innerhalb der Druckfeder (4) angebracht ist, wobei das Stützelement (6; 6a, 6b) die Kolbenstange (5) zur Führung der Druckfeder (4) umgibt, um einen Kontakt zwischen der Druckfeder (4) und der Innenwandung des Zylindergehäuses (1) während des Kolbenhubs zu unterbinden.
Einfach wirkender Pneumatikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder mit mindestens einem ersten Abschnitt (7) größeren Durchmessers sowie mit mindestens einem abwechselnd hierzu vorgesehenen zweiten Abschnitt (8) kleineren Durchmessers ausgebildet ist, wobei das Stützelement (6; 6a, 6b) am Abschnitt (7, 8) des kleineren Durchmessers angebracht ist.
Einfach wirkender Pneumatikzylinder mit einem Zylindergehäuse (1), an welchem ein Druckluftanschluss (2) zur Beaufschlagung einer Seite eines innenliegenden Kolbens (3) zur Erzeugung einer Kraft angeordnet ist, wobei die gegenüberliegende Seite des Kolbens (3) mit einer Druckfeder (4) beaufschlagt ist, welche innerhalb des Zylindergehäuses (1) eine vom Kolben (3) ausgehende Kolbenstange (5) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Stützelement (6; 6a, 6b) die Druckfeder (4) umgebend hieran angebracht ist, wobei das Stützelement (6; 6a, 6b) zur Führung der Druckfeder (4) entlang der Innenwandung des Zylindergehäuses (1) gleitet, um einen Kontakt zwischen der Druckfeder (4) und der Innenwandung des Zylindergehäuses (1) während des Kolbenhubs zu unterbinden.
Einfach wirkender Pneumatikzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder mit mindestens einem ersten Abschnitt (7) größeren Durchmessers sowie mit mindestens einem abwechselnd hierzu vorgesehenen zweiten Abschnitt (8) kleineren Durchmessers ausgebildet ist, wobei das Stützelement (6; 6a, 6b) an mindestens einem Abschnitt (7, 8) größeren Durchmessers angebracht ist.
Einfach wirkender Pneumatikzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder mit mindestens einem Abschnitt (7) größeren Durchmessers sowie mit mindestens einem abwechselnd hierzu vorgesehenen weiteren Abschnitt (8) kleineren Durchmessers ausgebildet ist, wobei das Stützelement (6; 6a, 6b) an mindestens einem Abschnitt (8) kleineren Durchmessers angebracht ist.
Einfach wirkender Pneumatikzylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (6; 6a, 6b) über eine Presspassung an der Druckfeder (4) befestigt ist.
Einfach wirkender Pneumatikzylinder nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (6; 6a, 6b) an der Druckfeder (4) durch mechanische Befestigungsmittel angebracht ist.
Einfach wirkender Pneumatikzylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Befestigungsmittel als mindestens eine Schraube (9a; 9b) ausgebildet sind, welche zwischen benachbarten Windungen der Druckfeder (4) in das Stützelement (6; 6a, 6b) eingeschraubt ist.
Einfach wirkender Pneumatikzylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges Stützelement (6; 6a, 6b) im Mittelbereich der Druckfeder (4) angeordnet ist.
Einfach wirkender Pneumatikzylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (4) zu dem einen Ende hin über ein einen radialen Spalt zwischen der Druckfeder (4) und dem Zylindergehäuse (1) schaffenden Zentrierelement (10) am Zylindergehäuse (1) abgestützt ist.
Einfach wirkender Pneumatikzylinder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (10) eine Durchgangsbohrung zur Führung der Kolbenstange (5) aufweist.
Einfach wirkender Pneumatikzylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (4) zum anderen Ende hin über einen Zentrierbereich (11) des Kolbens (3) geführt ist, um einen Kontakt der Druckfeder (4) an der Innenwandung des Zylindergehäuses (1) zu verhindern.