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Die
Erfindung betrifft einen Stellzylinder mit einem im Stellzylinder
verschiebbaren Kolben, mit Druckfluid-Einlaßbohrungen in
beiden Endbereichen der Zylinderwand sowie einer Anzahl von verschließbaren
Auslaßbohrungen in verschiedenen Längspositionen
der Zylinderwand.
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Derartige
Stellzylinder sind z. B. aus der
US 2,954,755 bekannt.
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Die
bekannten Stellzylinder werden beispielsweise zur Positionierung
mechanischer Elemente verwendet. Sie ermöglichen es mit
relativ einfachen, mechanischen Mitteln, den Kolbenhub zu verändern.
Sie können beispielsweise hydraulisch oder insbesondere
pneumatisch betrieben werden.
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Diese
Stellzylinder sind billiger als Servomotoren und ermöglichen
in relativ einfacher Weise eine genaue und reproduzierbare Einstellung
auf eine im Grunde beliebige Anzahl von Hüben. Im Maschinenbau
gibt es für derartige Stellzylinder zahlreiche Anwendungsfälle,
wenn beispielsweise eine Bahn auf unterschiedliche Produktbreiten
eingestellt werden muß.
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Das
Funktionsbetrieb der hier angesprochenen Stellzylinder soll anschliessend
erläutert werden.
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Der
Kolben in dem Stellzylinder unterteilt den Innenraum des Zylinders
in zwei Kammern. Wenn von beiden Endbereichen des Zylinders ein
Druckgas eingeleitet wird, steht der Kolben im Gleichgewicht. Wird über
eine Öffnung in der Zylinderwand einer der Kammern das
Druckfluid abgelassen, so sinkt in dieser Kammer der Druck, und
der Kolben wandert in Richtung der mit der Öffnung versehenen
Kammer. Wenn der Kolben die Öffnung erreicht hat und sich über
die Öffnung schiebt, steigt der Druck in dieser Kammer
wieder an. Gleitet der Kolben wieder zurück, wird die Öffnung
wieder freigegeben und der Druck in der zugehörigen Kammer
sinkt wieder ab. Es stellt sich also ein Gleichgewichtszustand ein,
der dazu führt, dass der Kolben jeweils in der durch die
genannte Öffnung bestimmten Position verbleibt.
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Im
allgemeinen sind mehrere Entlüftungsöffnungen
der genannten Art vorgesehen, die jeweils gesondert durch ein Ventil
oder dergleichen verschlossen und gesteuert geöffnet werden
können. Dieses ermöglicht eine Einstellung des
Kolbens in unterschiedlichen Längspositionen.
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Der
Kolben ist im allgemeinen starr mit einer Kolbenstange verbunden,
die aus den Stirnwänden des Zylinders herausragt und mit
dem anzutreibenden Teil verbunden ist.
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Im
allgemeinen wird die genaue Position des Kolbens nicht durch den
Kolben selbst, sondern durch wenigstens eine Dichtung auf dem Umfang
des Kolbens bestimmt. Diese Dichtung bildet somit die eigentliche
Trennposition zwischen den beiden Kammern des Zylinders.
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Obwohl
es somit für die Unterteilung der beiden Kammern lediglich
auf eine Dichtung ankommt, die eine im wesentlichen scheibenförmige
Trennebene zwischen den Kammern des Zylinders bildet, weist der
Kolben zumeist doch eine relativ große Länge auf,
damit eine sichere, verkantungsfreie Führung im Zylinder
möglich ist. Es ist daher oft nicht möglich, mit
dem Kolben bzw. der auf dem Kolben befindlichen Dichtung Auslaßöffnungen
zu erreichen, die sich in der Nähe eines Endes der Zylinderwand befindet.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Stellzylinder der
eingangs genannten Art zu schaffen, der es ermöglicht,
Auslaßöffnungen für das Druckfluid auch
in den Endbereichen der Zylinderwand vorzusehen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass der Kolben wenigstens zwei Dichtringe in verschiedenen Längspositionen
des Umfangs aufweist und dass ein Ventil vorgesehen ist, dass es
gestattet, wenigstens einen der Dichtringe zu umgehen.
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Die
Umgehung eines der Dichtringe hat die Konsequenz, dass dieser Dichtring
für die Unterteilung der zwei Kammern im Zylinder unwirksam
ist.
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Wenn
sich zwei Dichtringe hintereinander auf einem Kolben befinden, so
kann durch Betätigung des Ventils gewählt werden,
welcher der beiden Dichtringe für die Unterteilung des
Zylinderinnenraums in zwei Kammern zuständig ist. Durch
die Möglichkeit des Umschaltens des Ventils kann wahlweise
der eine oder der andere Dichtring "umgangen" werden.
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Vorzugsweise
kann das Umschalten des Ventils durch Auflaufen des Kolbens gegen
eine der Stirnwände des Stellzylinders erfolgen. Zu diesem Zweck
ist ein stiftförmiger Ventilkörper vorgesehen, der
jeweils an einer Stirnseite des Kolbens über diesen hinausragt
und durch Auflaufen auf die Stirnwände zum Umschalten führt.
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Der
Ventilkörper weist vorzugsweise einen im Durchmesser zunehmenden
Mittelbereich auf, der in einer Bohrung des Kolbens verschiebbar
geführt ist. Der Durchmesser der Endbereiche und auch derjenige
Teil, der jeweils auf einer Seite aus denn Kolben herausragt, ist
dünner.
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In
den Endbereichen des verdickten Bereichs des Ventilkörpers
befinden sich radiale Entlüftungsbohrungen zum Umfang des
Kolbens. Je nach Stellung des Ventilkörpers im Kolben wird
die entsprechende radiale Bohrung durch den Ventilkörper bzw.
dessen im Durchmesser stärkeren Mittelbereich verschlossen,
während die andere Entlüftungsbohrung offenbleibt.
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Die
Position des Kolbens wird über eine starr mit dem Kolben
verbundene Kolbenstange durch eine der Stirnwände des Stellzylinders
nach außen übertragen. Mit der Kolbenstange kann
das zu bewegende Bauteil verbunden sein.
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Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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1 ist
ein Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Stellzylinder;
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2 ist
ein vergrößerter Teilschnitt und zeigt Einzelheiten
der Ventilanordnung; und
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3 veranschaulicht
die Anordnung eines Rückschlagventils in der Entlüftungsöffnung.
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Ein
erfindungsgemäßer Stellzylinder soll zunächst
in seiner Gesamtheit geschildert werden. Der Zylinder 10 weist
in seinem Innerem einen verschiebbaren Kolben 12 auf, der
mit einer Kolbenstange 14 starr verbunden ist. Die Kolbenstange 14 ragt
bei der dargestellten Ausführungsform durch beide Stirnwände 16, 18 nach
außen heraus. Mit der Verschiebung des Kolbens im Zylinder
verschiebt sich die Kolbenstange 14 durch die Stirnwände 16, 18.
Zu diesem Zweck sind in den Stirnwänden Gleitbuchsen 20, 22 und
Dichtungen 24, 26 vorgesehen.
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In
beiden Endbereichen der Zylinderwand 28 befinden sich Einlaßöffnungen 30.
In 1 ist nur eine der Einlaßöffnungen
als Beispiel gezeigt. Die Einlaßöffnungen weisen
am Übergang zum Zylinderinnenraum eine Drosselstelle 32 auf,
die einen eintretenden Gasstrom drosselt. Diese Öffnungen 30 an beiden
Enden des Zylinders gestatten es, von beiden Seiten des Kolbens
Druckluft oder ein anderes Druckgas einzuleiten. Mit 34 ist
in 1 ein Stopfen bezeichnet. Die Einlaßöffnung 30 ist
mit einem in der Zylinderwand verlaufenden Kanal 36 verbunden,
der zu einer Stirnwand des Zylinders führt. An dieser Stirnwand
sind alle Anschlüsse zusammengefaßt.
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In
der Zylinderwand 28 befinden sich mehrere Auslaßöffnungen 38,
von denen eine in der Zeichnung gezeigt ist. Die Auslaßöffnung
ist über einen Kanal 40 in der Zylinderwand 28 mit
der bereits erwähnten Stirnwand 18 verbunden.
Die Auslaßöffnung 38 weist aus herstellungstechnischen
Gründen zunächst einen radialen Abschnitt 42 auf,
in dem sich eine Ventilkugel 44 befindet, die durch eine
Druckfeder 46 in Schließrichtung, also zur radialen
Innenseite vorgespannt ist. Die Druckfeder 46 stützt
sich auf einem Stopfen 48 ab (2). Die Ventilkugel 44 dient zum
Verschließen der Auslaßöffnung 38 bei
einem parallelen Betrieb von mehreren Zylindern, da andernfalls
wechselseitige Störungen des Betriebes dieser Zylinder
möglich wären.
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In
einem Teilbereich der Innenfläche der Zylinderwand 28 sind
umlaufenden Rillen vorgesehen, die dazu dienen, definierte Positionen
für die Dichtungen des Kolbens 12 zu schaffen.
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Dieser
Kolben 12 soll jetzt näher erläutert werden.
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Der
Kolben 12 weist auf dem Umfang zwei Dichtungen 50, 52 auf.
Die Dichtungen sind jeweils einem Endbereich des Kolbens 12 zugewandt.
Radial innerhalb der Dichtungen ist eine Längsrichtung verschiebbarer
Ventilkörper 54 geführt, der in seinem Mittelbereich
einen größeren Durchmesser als an den Endbereichen
aufweist. Das ist in 3 ersichtlich. Der Ventilkörper 54 ist
mit seinem Mittelbereich in einer Bohrung 56 des Kolbens
geführt.
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Von
der Bohrung 56 gehen an deren längsseitigen Enden
jeweils Bohrungen 58, 60, die radial nach außen
verlaufen. Die beiden Bohrungen 58, 60 sind auf
dem Umfang des Kolbens 12 durch eine gemeinsame Lufttasche 62 verbunden.
Auf dem Umfang des Ventilkörpers 54 befinden sich
innerhalb der Bohrung 56 zwei Ringe 64, 66,
die gegenüber dem mittleren, stärkeren Abschnitt
des Ventilkörpers 54 abdichten, gegenüber
den dünneren Enden dagegen nicht. In der in 1 und 3 gezeigten
Stellung ist der Ventilkörper nach links in der Zeichnung
verschoben. Auf diese Weise liegt der Dichtring 64 auf
der linken Seite in der Zeichnung dichtend gegen den Ventilkörper 54 an.
Auf der anderen Seite ist aus der Zeichnung ersichtlich, dass der
Dichtring 66 auf der rechten Seite der Zeichnung keine
Verbindung zu dem Ventilkörper 54 aufweist. Daher
existiert hier zwischen dem Ventilkörper und dem Dichtring
sowie auf dem Umfang des dünneren Endes des Ventilkörpers
auf der rechten Seite eine Lecköffnung, die den Dichtring 52 vollständig
umgeht. Der umgangene Dichtring ist nicht mehr in der Lage, zwischen
beiden Seiten abzudichten und auf diese Weise das Zylinderinnere
in zwei Kammern zu unterteilen.
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In 1 und 3 ragt
das linke Ende des Ventilkörpers 54 aus dem Kolben 12 heraus,
so dass der rechte Dichtring 52 umgangen wird. Wenn der Kolben
gegen die linke Stirnwand 16 innerhalb des Zylinders gefahren
wird, wird der Ventilkörper 54 in das Innere des
Kolbens hineingedrückt, so dass der Ventilkörper
gegen den rechten Dichtring 66 abdichtet, während
der linke Dichtring 64 nicht mehr mit dem Ventilkörper
in Verbindung steht. In dem Fall ist die linke Dichtung 50 des
Kolbens 12 umgangen.
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Mit
dieser Ausgestaltung kann der Kolben 12 in Positionen gefahren
werden, die nicht erreichbar wären, wenn beide Dichtungen 50, 52 wirksam
wären.
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Ergänzend
ist noch zu erwähnen, dass die Kolbenstange 14 mit
dem Kolben 12 starr verbunden ist. Zu diesem Zweck wird
beispielsweise ein Stift 68 verwendet, der in 1 und 2 gezeigt
ist. Auf der linken Seite in 1 tritt in
die Kolbenstange eine nicht bezeichnete Gewindebohrung ein, mit
der beispielsweise ein anzutreibendes Teil verbunden werden kann.
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Die
Ansteuerung der Längsposition erfolgt dadurch, dass eine
der Öffnungen 38, von denen nur diese eine Öffnung
gezeigt ist, durch ein Ventil geöffnet wird, während
alle anderen Öffnungen geschlossen bleiben. Aus den eingangs
geschilderten Gründen wird sich dann der Kolben 12 so
weit bewegen, bis die Dichtung 50, 52, die nicht
umgangen ist, unmittelbar die Höhe der geöffneten
Auslaßöffnung erreicht hat.
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Bei
der Steuerung von großen Anlagen können mehrere
Stellzylinder der vorliegenden Art verwendet werden. Wenn diese
dann parallel durch Öffnen der Auslaßöffnungen 38 gesteuert
werden, kann es zu Störungen kommen, wenn die aus einzelnen Zylindern
austretende Luft in Richtung anderer Zylinder strömt und
dort den Luftaustritt behindert. Aus diesem Grund ist das erwähnte
Rückschlagventil 44, 46 vorgesehen, das
die Auslaßöffnungen 38 auf die Richtung
Luftaustritt beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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