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Die
Erfindung betrifft einen Stellzylinder mit einem im Stellzylinder
verschiebbaren Kolben, mit Druckfluid-Einlaßöffnungen in beiden Endbereichen der
Zylinderwand sowie einer Anzahl von verschließbaren Auslaßöffnungen
in verschiedenen Längspositionen
der Zylinderwand, welcher Kolben wenigstens zwei Dichtringe in verschiedenen
Längspositionen des
Umfangs aufweist.
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Derartige
Stellzylinder sind z. B. aus der
US 6,186,043 bekannt.
Das zugrundeliegende Funktionsprinzip der Erfindung ergibt sich
aus der
US 2,954,755 .
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Die
aus der letztgenannten Druckschrift 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
Funktionsprinzip 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 ein Ventil vorgesehen ist, das es gestattet, wenigstens einen
Dichtring zu umgehen, und das durch Auflaufen des Kolbens gegen
die Stirnwände
des Stellzylinders zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen
Position umschaltbar ist, und dass das Ventil einen stiftförmigen Ventilkörper umfaßt, der
jeweils auf einer der Stirnseiten des Kolbens über diese hinausragt und durch
Auflaufen des Kolbens auf die Stirnwände im Kolben verschiebbar
ist, und dass der Ventilkörper
einen im Durchmesser zunehmenden Mittelbereich aufweist, der verschiebbar
in einer Bohrung im Kolben geführt
ist.
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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 dem 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.