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Die
Erfindung betrifft einen fluidbetätigten Mehrstellungszylinder,
mit einem Zylindergehäuse und einem diesbezüglich
durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung wahlweise in einer eingefahrenen
Stellung oder in einer ausgefahrenen Stellung positionierbaren vorderen
Antriebseinheit und mit einer hinter der vorderen Antriebseinheit
angeordneten hinteren Antriebseinheit, die durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung
wahlweise in einer der vorderen Antriebseinheit die Einnahme der
eingefahrenen Stellung ermöglichenden zurückgefahrenen
Stellung oder in einer vorgeschobenen Stellung positionierbar ist,
wobei sie sich in der vorgeschobenen Stellung bezüglich
des Zylindergehäuses abstützt und als mechanisches
Abstützglied für die vordere Antriebseinheit fungiert
und dieser eine zwischen der eingefahrenen und der ausgefahrenen
Stellung liegende Zwischenstellung vorgibt.
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Ein
Mehrstellungszylinder dieser Art geht aus dem
Produktkatalog
"Pneumatische Antriebe/Näherungsschalter", Band 1, Ausgabe
10/2003, Seiten 1/5.10-2 und 1/5.10-8, der Festo AG & Co. KG hervor.
Der bekannte Mehrstellungszylinder enthält zwei in einem
mehrteiligen Zylindergehäuse angeordnete Antriebseinheiten,
die unabhängig voneinander fluidisch ansteuerbar sind,
wobei der Hub der hinteren Antriebseinheit geringer ist als derjenige
der vorderen Antriebseinheit, sodass durch Vorfahren der hinteren
Antriebseinheit eine Zwischenstellung der vorderen Antriebseinheit
vorgegeben werden kann. Um den Aufprall zu minimieren, wenn die
vordere Antriebseinheit aus ihrer ausgefahrenen Stellung in ihre
eingefahrene Stellung zurückbewegt wird, ist die vordere
Antriebseinheit mit einem gummielastischen Pufferelement ausgestattet.
Dessen Dämpfungswirkung ist allerdings begrenzt und folglich
auch die Verfahrgeschwindigkeit der vorderen Antriebseinheit, was
sich vor allem bei einem großen Arbeitshub der vorderen
Antriebseinheit nachteilig bemerkbar macht.
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Aus
der
DE 296 15 799
U1 ist es bereits bekannt, einen fluidbetätigten
Arbeitszylinder zur Endlagendämpfung mit einer fluidischen
Dämpfungseinrichtung auszustatten. Die Dämpfungs-Wirkung
basiert hier auf dem Aufbau eines die Antriebseinheit während
einer der Endlage vorangehenden Dämpfungsphase abbremsenden
fluidischen Gegendruckes. Die zusammenwirkenden Komponenten der fluidischen
Dämpfungseinrichtung sind zum einen an der Antriebseinheit
und zum anderen am Zylindergehäuse angeordnet.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mehrstellungszylinder
der eingangs genannten Art zu schaffen, der ohne Beschädigungsgefahr
hohe Arbeitsgeschwindigkeiten der vorderen Antriebseinheit gestattet.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe sind an den beiden Antriebseinheiten
Bestandteile einer fluidischen Dämpfungseinrichtung vorhanden,
die beim Einfahren der vorderen Antriebseinheit während
einer kurz vor deren Erreichen der Zwischenstellung und/oder der
eingefahrenen Stellung beginnenden Dämpfungsphase derart
zusammenwirken, dass ein die vordere Antriebseinheit bezüglich
des Zylindergehäuses und der hinteren Antriebseinheit abbremsender
fluidischer Gegendruck aufgebaut wird.
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Auf
diese Weise erfährt die vordere Antriebseinheit beim Einfahren
eine wirksame Geschwindigkeitsreduzierung vor dem Erreichen der
Zwischenstellung und/oder der eingefahrenen Stellung. Das zur Anwendung
gelangende Dämpfungsprinzip ist fluidischer Natur und basiert
auf dem Aufbau eines die vordere Antriebseinheit abbremsenden fluidischen
Gegendruckes. Möglich ist dieses Dämpfungsprinzip
bei dem Mehrstellungszylinder aufgrund des Umstandes, dass die an
der vorderen Antriebseinheit angeordneten Komponenten der fluidischen Dämpfungseinrichtung
nicht mit stationär am Zylindergehäuse angeordneten
Komponenten kooperieren, sondern mit an der hinteren Antriebseinheit
angeordneten Komponenten. Dies bietet auch den Vorteil, dass bezüglich
der Gestaltung des Zylindergehäuses relativ große
Freiheiten bestehen, weil es insbesondere nicht zwingend ist, zwischen
den beiden die Antriebseinheiten enthaltenden Zylinderkammern eine
mit Dämpfungskomponenten ausgestattete Zwischenwand einzuziehen.
Bedingt durch die in den Mehrstellungszylinder integrierte fluidische
Dämpfungseinrichtung sind hohe Einfahrgeschwindigkeiten
für die vordere Antriebseinheit möglich, ohne
die strukturellen Komponenten des Mehrstellungszylinders übermäßig
zu belasten.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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Es
ist von Vorteil, wenn die hintere Antriebseinheit sowohl die Zwischenstellung
als auch die eingefahrene Stellung der vorderen Antriebseinheit
vorgeben kann. Zur Vorgabe der eingefahrenen Stellung kann sie sich
mit einer rückwärtsgewandten Fläche am
Zylindergehäuse abstützen. Zur Vorgabe der Zwischenstellung
kann sie durch Fluidbeaufschlagung mit einer nach vorne gewandten
Fläche an eine zugewandte Anschlagfläche des Zylindergehäuses
angedrückt werden.
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Die
Komponenten der fluidischen Dämpfungseinrichtung enthalten
zweckmäßigerweise eine an der hinteren Antriebseinheit
ausgebildete und vorne offene Dämpfungskammer, in die ein
an der vorderen Antriebseinheit ausgebildeter Dämpfungskolben
eintauchen kann, sodass ein von der vorderen Antriebseinheit verdrängtes
Fluid in seiner Abströmrate eingeschränkt wird
und sich folglich ein die Dämpfungsphase hervorrufender
Gegendruck aufbauen kann. Die Anordnung von Dämpfungskammer und
Dämpfungskolben kann auch vertauscht sein.
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Das
gedrosselte Abströmen des Fluides wird zweckmäßigerweise
durch eine Drosseleinrichtung geeigneten Aufbaues hervorgerufen.
Die Drosseleinrichtung ist vorzugsweise mit einem einstellbaren Drosselglied
ausgestattet, sodass sich die Drosselungsintensität nach
Bedarf variabel vorgeben lässt. Beidem Drosselglied handelt
es sich insbesondere um eine Drosselschraube.
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Eine
besonders zweckmäßige Anordnung sieht vor, dass
sich das Drosselglied an der hinteren Antriebseinheit befindet.
Es macht folglich die Arbeitsbewegung der hinteren Antriebseinheit
stets mit.
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Vorzugsweise
ist das Drosselglied derart an der hinteren Antriebseinheit angeordnet,
dass es sich im Innern des Zylin dergehäuses befindet. In
der Wandung des Zylindergehäuses befindet sich in diesem
Fall zweckmäßigerweise mindestens eine Zugangsöffnung,
durch die hindurch das Drosselglied zur Ausführung von
Einstellmaßnahmen von außen her zugänglich
ist. Ein zweckmäßigerweise vorhandenes entfernbares
Verschlussglied verhindert ein Eindringen von Verunreinigungen und
kann auch einen Fluidaustritt verhindern, falls das Drosselglied
in einem im Betrieb des Mehrstellungszylinders unter Überdruck
stehenden Bereich angeordnet ist.
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Damit
das einstellbare Drosselglied stets die gewünschte Zuordnung
zu der Zugangsöffnung beibehält, kann die hintere
Antriebseinheit bezüglich des Zylindergehäuses
verdrehgesichert angeordnet sein.
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Das
Drosselglied kann auf verschiedene Weise installiert sein. Zweckmäßigerweise
ist es mit seiner Längsachse entweder rechtwinkelig oder
parallel zu den Längsachsen der beiden Antriebseinheiten
ausgerichtet.
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Es
ist von Vorteil, wenn die vordere Antriebseinheit eine kleinere
Fluidbeaufschlagungsfläche als die hintere Antriebseinheit
aufweist. In diesem Fall kann die hintere Antriebseinheit als Abstützglied
zur Vorgabe der Zwischen stellung auch dann fungieren, wenn die beiden
Antriebseinheiten mit dem gleichen Arbeitsdruck betrieben werden.
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Die
die vordere Antriebseinheit enthaltende vordere Zylinderkammer und
die die hintere Antriebseinheit enthaltende hintere Zylinderkammer
stehen zweckmäßigerweise in ständiger
Fluidverbindung miteinander und können somit über
einen gemeinsamen fluidischen Steueranschluss fluidisch angesteuert
werden. Der Mehrstellungszylinder benötigt daher zur gesteuerten
Fluidbeaufschlagung seiner beiden Antriebseinheiten insgesamt nur
drei fluidische Steueranschlüsse.
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Diese
Ausgestaltung bietet auch den Vorteil, dass die beiden Zylinderkammern
ohne Zwischenwand unmittelbar ineinander übergehen können.
Der konstruktive Aufbau und insbesondere auch die Baulänge
des Mehrstellungszylinders kann auf diese Weise verringert werden.
Es besteht insbesondere auch die Möglichkeit, zur Definition
der Umfangswand der vorderen und der hinteren Zylinderkammer auf
ein einstückiges Zylinderrohr zurückzugreifen, das
kostengünstig durch ein Fließpressverfahren oder
Strangpressverfahren herstellbar ist. Zur Realisierung unterschiedlicher
Querschnitte der beiden Zylinderkammern kann das Zylinderrohr zumindest am
Innenumfang und vorzugsweise auch am Außenumfang abgestuft
ausgeführt sein.
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Um
den Endaufprall der vorderen Antriebseinheit auch bei Erreichen
der ausgefahrenen Stellung zu reduzieren, kann eine weitere fluidische Dämpfungseinrichtung
vorhanden sein, die zwischen der vorderen Antriebseinheit und dem
Zylindergehäuse wirksam ist. Es wäre ebenfalls
denkbar, eine zwischen der hinteren Antriebseinheit und dem Zylindergehäuse
wirksame fluidische Dämpfungseinrichtung vorzusehen, die
die hintere Antriebseinheit bei Erreichen der zurückgefahrenen
Stellung abbremst. Meist wird dies jedoch nicht notwendig sein,
da der Arbeitshub der hinteren Antriebseinheit in der Regel nicht
sehr groß ist.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert. In dieser zeigen:
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1–3 einen
schematischen Längsschnitt einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Mehrstellungszylinders,
wobei die 1 die eingefahrene Stellung,
die 2 die Zwischenstellung und 3 die ausgefahrene
Stellung der Antriebseinheit wiedergibt,
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4–6 eine
weitere Ausführungsform des Mehrstellungszylinders in einer
schematischen Längsschnittdarstellung, wobei 4 die
eingefahrene Stellung,
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5 die
Zwischenstellung und 6 die ausgefahrene Stellung
der vorderen Antriebseinheit zeigt, und
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7 eine
dritte Ausführungsform des Mehrstellungszylinders in einer
schematischen Längsschnittdarstellung, wobei die vordere
Antriebseinheit in einem einfahrenden Stadium kurz vor dem Beginn der
Dämpfungsphase gezeigt ist.
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Die
nachfolgende Beschreibung bezieht sich gemeinsam auf alle Ausführungsbeispiele,
sofern im Einzelfall nichts anderes ausgesagt wird.
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Der
insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Mehrstellungszylinder
wird vorzugsweise mit Druckluft als Antriebsfluid betrieben, eignet
sich aber auch für andere gasförmige Medien und
für hydraulische Anwendungen.
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Der
Mehrstellungszylinder 1 enthält ein mehrteiliges
Zylindergehäuse 2, das sich aus einem bevorzugt
einstückigen Zylinderrohr 3 und zwei stirnseitig
daran angesetzten, vorderen und hinteren Gehäusedeckeln 4, 5 zusammensetzt.
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Das
Zylinderrohr 3 bildet die Umfangswand einer sich an den
vorderen Gehäusedeckel 4 anschließenden
vorderen Zylinder kammer 6 und einer sich an den hinteren
Gehäusedeckel 5 anschließenden hinteren
Zylinderkammer 7. Die hintere Zylinderkammer 7 hat
bevorzugt einen größeren Querschnitt als die vordere
Zylinderkammer 6, woraus ein in Achsrichtung der Längsachse 8 des
Zylinderrohres 3 abgestufter Verlauf des Innenraumes des
Zylinderrohrs 3 resultiert. Der abgestufte Bereich ist
bei 12 ersichtlich. Zweckmäßigerweise
ist das Zylinderrohr 3 auch am Außenumfang entsprechend
abgestuft.
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Die
beiden Zylinderkammern 6, 7 gehen an dem abgestuften
Bereich 12 unmittelbar ineinander über. Eine Zwischenwand
oder Trennwand ist nicht vorhanden.
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Somit
kann das Zylinderrohr 3 einfach und kostengünstig
durch Strangpressen oder Fließpressen hergestellt werden.
Die Gehäusedeckel 4, 5 sind mittels nicht
näher gezeigter Maßnahmen stirnseitig am Zylinderrohr 3 befestigt,
beispielsweise durch Schraubverbindungen oder durch Schweißverbindungen.
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In
dem Zylindergehäuse 2 sind axial aufeinanderfolgend
eine dem vorderen Gehäusedeckel 4 zugeordnete
vordere Antriebseinheit 13 und eine dem hinteren Gehäusedeckel 5 zugeordnete
hintere Antriebseinheit 14 angeordnet. Beide Antriebseinheiten 13, 14 sind
durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung mittels des schon erwähnten
Antriebsfluides in Achsrichtung der Längsachse 8 hin
und her verschiebbar. Die zugehörigen Bewegungen seien
im Folgenden als Arbeitsbewegungen bezeichnet.
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Die
beiden Antriebseinheiten 13, 14 sind jeweils sowohl
relativ zum Zylindergehäuse 2 als auch relativ
zueinander verschiebbar.
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Die
vordere Antriebseinheit 13 enthält einen in der
vorderen Zylinderkammer 6 unter Abdichtung linear verschiebbar
geführten ersten Antriebskolben 15. Eine oder
mehrere an seinem Außenumfang angeordnete ringförmige
Dichtungen 11 liegen dynamisch dichtend an der Innenumfangsfläche
der vorderen Zylinderkammer 6 an. Eine an dem ersten Antriebskolben 15 angeordnete
Kolbenstange 16 erstreckt sich in Achsrichtung der Längsachse 8 in Richtung
zum vorderen Gehäusedeckel 4, den sie unter Abdichtung
und gleitverschieblich geführt nach außen hin
durchsetzt. In 3 und 6 ist der äußere
Endabschnitt der Kolbenstange 16 verkürzt abgebildet.
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An
der der Kolbenstange 16 axial entgegengesetzten Rückseite
des ersten Antriebskolbens 15 verfügt die vordere
Antriebseinheit 13 über einen axial nach hinten
hin wegragenden ersten Dämpfungskolben 17. Sein
Querschnitt ist geringer als derjenige des ersten Antriebskolbens 15.
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Die
hintere Antriebseinheit 14 enthält einen unter
Abdichtung axial gleitverschieblich von der Innenumfangsfläche
der hinteren Zylinderkammer 7 geführten zweiten
Antriebskolben 18. Er trägt zur Abdichtung ebenfalls
eine oder mehrere ringförmige Dichtungen 21. Von
dem zweiten Arbeitskolben 18 ragt in Richtung zur vorgelagerten
vorderen Antriebseinheit 13 ein Anschlagfortsatz 22 weg,
dessen Querschnitt kleiner ist als derjenige des zweiten Antriebskolbens 18 und
auch kleiner als derjenige der vorderen Zylinderkammer 6.
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Der
erste Antriebskolben 15 unterteilt die vordere Zylinderkammer 6 in
einen von der hinteren Antriebseinheit 14 abgewandten vorderen
Fluidbeaufschlagungsraum 23 und einen der hinteren Antriebseinheit 14 zugewandten
hinteren Fluidbeaufschlagungsraum 24. Der zweite Antriebskolben 18 unterteilt
die hintere Zylinderkammer 7 in einen der vorderen Antriebseinheit 13 zugewandten
vorderen Fluidbeaufschlagungsraum 25 und einen entgegengesetzten,
vom hinteren Gehäusedeckel 5 begrenzten hinteren
Fluidbeaufschlagungsraum 26.
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Der
vordere Fluidbeaufschlagungsraum 23 der vorderen Zylinderkammer 6 kommuniziert
mit einem zweckmäßigerweise im vorderen Gehäusedeckel 4 ausgebildeten
ersten Steueranschluss 27. Der hintere Fluidbeaufschlagungsraum 26 der
hinteren Zylinderkammer 7 kommuniziert mit einem zweckmäßigerweise
im hinteren Gehäusedeckel 5 ausgebildeten zweiten
Steueranschluss 28. Der hintere Fluidbeaufschlagungsraum 24 der
vorderen Zylinderkammer 6 und der vordere Fluidbeaufschlagungsraum 25 der
hinteren Zylinderkammer 7 gehen trennwandlos unmittelbar
ineinander über und kommunizieren gemeinsam ständig
mit einem zweckmäßigerweise in der Umfangswand
des Zylinderrohrs 3 ausgebildeten dritten Steueranschluss 29.
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Über
die Steueranschlüsse 27, 28, 29 ist eine
gesteuerte Fluidbeaufschlagung durch wahlweises Einspeisen oder
Abführen von Arbeitsfluid möglich. Auf diese Weise
können die beiden Antriebseinheiten 13, 14 zu
ihren Arbeitsbewegungen angetrieben und in gewissen Stellungen positioniert
werden.
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Die
Grundstellung des Mehrstellungszylinders 1 ist in 1 und 4 gezeigt.
Die hintere Antriebseinheit 14 nimmt hier eine zurückgefahrene Stellung
ein, in der sie am hinteren Gehäusedeckel 5 anliegt
und von diesem axial abgestützt ist. Gleichzeitig befindet
sich die vordere Antriebseinheit 13 in ihrer eingefahrenen
Stellung, die dadurch definiert ist, dass sie axial an der hinteren
Antriebseinheit 14 anliegt und von dieser gegen weitergehendes
Einfahren abgestützt ist. Die hintere Antriebseinheit 7 fungiert
also in ihrer zurückgefahrenen Stellung als mechanisches
Abstützglied zur Vorgabe der eingefahrenen Stellung der
vorderen Antriebseinheit 13.
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Das
Abstützen erfolgt insbesondere dadurch, dass der erste
Antriebskolben 15 stirnseitig an dem Anschlagfortsatz 22 anliegt.
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Es
wäre allerdings auch eine Bauform möglich, bei
der die eingefahrene Stellung der vorderen Antriebseinheit 13 durch
von der hinteren Antriebseinheit 14 unabhängige
gehäusefeste Anschlagmittel vorgegeben wird.
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In
der eingefahrenen Stellung der vorderen Antriebseinheit 13 ragt
Letztere mit ihrer Kolbenstange 16 um ein Längenmaß "A"
vorne aus dem Zylindergehäuse 2 heraus.
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Um
die Grundstellung des Mehrstellungszylinders 1 und folglich
die eingefahrene Stellung der vorderen Antriebseinheit 13 zu
erhalten, werden der zweite und dritte Steueranschluss 28, 29 drucklos
geschaltet und über den ersten Steueranschluss 27 wird
Antriebsfluid eingespeist.
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Darüber
hinaus kann die vordere Antriebseinheit 13 in eine aus 3 und 6 ersichtliche ausgefahrene
Stellung verlagert werden. Dies geschieht durch Druckentlastung
des ersten und zweiten Steueranschlusses 27, 28 und
gleichzeitiges Einspeisen von Antriebsfluid über den dritten
Steueranschluss 29. Das eingespeiste Antriebsfluid drückt
die beiden Antriebseinheiten 13, 14 axial in einander
entgegengesetzte Richtungen, wobei die Kolbenstange 16 zunehmend
vorne aus dem Zylindergehäuse 2 ausfährt,
bis der erste Antriebskolben 15 durch Anlage am vorderen
Gehäusedeckel 4 gestoppt wird. Die schon zuvor
am hinteren Gehäusedeckel 5 anliegende hintere
Antriebseinheit 14 behält ihre Position unverändert
bei. In der ausgefahrenen Stellung ragt die Kolbenstange 16 um
ein Längenmaß „B" vorne aus dem Zylindergehäuse 2 heraus,
das größer ist als das Längenmaß „A".
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Schließlich
kann die vordere Antriebseinheit 13 auch noch in einer
klar definierten Zwischenstellung positioniert werden, die aus 2 und 5 ersichtlich
ist. Man erhält sie durch Druckentlasten des dritten Steueranschlusses 29 und
Einspeisen von Antriebsfluid über den ersten und zweiten
Steueranschluss 27, 28. Hier ragt die Kolbenstange 16 um
ein zwischen den Längenmaßen „A" und „B"
liegendes Längenmaß „C" vorne aus dem
Zylindergehäuse 2 heraus.
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Das über
den zweiten Steueranschluss 28 eingespeiste Antriebsfluid
strömt hierbei in den hinteren Beaufschlagungsraum 26 der
hinteren Zylinderkammer 7 und beaufschlagt dort die hintere
Stirnfläche 32 der hinteren Antriebseinheit 14.
Infolgedessen verlagert sich die hintere Antriebseinheit 14 nach vorne
bis in eine vorgeschobene Stellung, die beim Ausführungsbeispiel
dadurch definiert ist, dass der zweite Antriebskolben 18 an
einer ihm zugewandten, von dem abgestuften Bereich 12 definierten
Anschlagfläche 33 des Zylindergehäuses 2 zur
Anlage gelangt. In dieser vorgeschobenen Stellung wird die hintere
Antriebseinheit 14 durch den rückseitig auf sie
einwirkenden Arbeitsdruck axial unbeweglich festgehalten.
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Das über
den ersten Steueranschluss 27 eingespeiste Antriebsfluid
schiebt die vordere Antriebseinheit 13 zurück
bis zur Anlage an der vorgeschobenen hinteren Antriebseinheit 14.
Dadurch ist die Zwischenstellung exakt definiert. Auch wenn beide
Antriebseinheiten 13, 14 mit dem gleichen Arbeitsdruck betätigt
werden, kann die hintere Antriebseinheit 14 wegen ihres
größeren Querschnittes und folglich der größeren
Wirkfläche nicht zurückweichen. Sie fungiert als
bezüglich des Zylindergehäuses 2 vorübergehend
ortsfestes, mechanisches Abstützglied zur Vorgabe der Zwischenstellung
der vorderen Antriebseinheit 13.
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Hätten
die beiden Zylinderkammern 6, 7 den gleichen Querschnitt,
würde man über den zweiten Steueranschluss 28 einen
höheren Arbeitsdruck zuführen als über
den ersten Steueranschluss 27, um wiederum die Abstützfunktion
der hinteren Antriebseinheit 14 zu gewährleisten.
Zur Vorgabe der vorgeschobenen Stellung für die hintere
Antriebseinheit 14 könnten in diesem Fall beliebige
gehäusefeste Anschlagmittel vorgesehen werden.
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Der
mit der hinteren Antriebseinheit 14 realisierbare Arbeitshub
ist zweckmäßigerweise kleiner und insbesondere
wesentlich kleiner als derjenige der vorderen Antriebseinheit 13.
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Vor
allem auch dadurch bedingt, dass die vordere Antriebseinheit 13 einen
relativ großen Arbeitshub ausführen kann, erreicht
die vordere Antriebseinheit 13 unter Umständen
sehr hohe Geschwindigkeiten. Dies führt bei Erreichen der
Endlagen zu einem normalerweise starken Aufprall. Erfindungsgemäß ist
der Mehrstellungszylinder 1 daher mit einer ersten fluidischen
Dämpfungseinrichtung 34 ausgestattet, die die
Arbeitsgeschwindigkeit der vorderen Antriebseinheit 13 stark
herabsetzt, kurz bevor die einfahrende vordere Antriebseinheit 13 – je
nach Anwendungsfall – in der Zwischenstellung oder in der eingefahrenen
Stellung durch die hintere Antriebseinheit 14 gestoppt
wird.
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Der
Abbremsvorgang beschränkt sich auf eine kurze Dämpfungsphase,
die eine gewisse Wegstrecke vor Erreichen der angestrebten Stellung
beginnt und mit Erreichen der angestrebten Stellung endet. Dabei
zeichnet sich die erste fluidische Dämpfungseinrichtung 34 dadurch
aus, dass sie über mehrere miteinander kooperierende Bestandteile 35 verfügt,
von denen mindestens einer an der vorderen Antriebseinheit 13 und
mindestens ein weiterer an der hinteren Antriebseinheit 14 angeordnet
ist. Eine zwischen den beiden Antriebseinheiten 13, 14 liegende
gehäusefeste Zwischenwand wird zur Realisierung der ersten
fluidischen Dämpfungseinrichtung 34 nicht benötigt.
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Einer
der vorgenannten Bestandteile 35 ist der schon erwähnte
erste Dämpfungskolben 17. Dieser kooperiert in
der Dämpfungsphase mit einem an der hinteren Antriebseinheit 14 ausgebildeten
Bestandteil 35 in Gestalt einer ersten Dämpfungskammer 36.
Letztere liegt dem ersten Dämpfungskolben 17 koaxial
gegenüber und verfügt dabei über eine dem
ersten Dämpfungskolben 17 zugewandte Eintrittsöffnung 37.
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Am
Innenumfang der ersten Dämpfungskammer 36 befindet
sich ein konzentrisch angeordneter Dichtungsring 38, der
am Außenumfang des ersten Dämpfungskolbens 17 zur
Anlage gelangt, wenn Letzterer in die erste Dämpfungskammer 17 eintaucht.
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Der
Dichtungsring 38 könnte alternativ auch am Außenumfang
des ersten Dämpfungskolbens 17 angeordnet sein.
Es besteht ferner die Möglichkeit, den ersten Dämpfungskolben 17 an
der hinteren Antriebseinheit 14 und die erste Dämpfungskammer 36 an
der vorderen Antriebseinheit 13 anzuordnen.
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Bei
den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 und 7 steht
die erste Dämpfungskammer 36 über einen
in der hinteren Antriebseinheit 14 verlaufenden Fluid-Hauptkanal 42 in
ständiger Verbindung mit dem dritten Steueranschluss 29,
und zwar unabhängig davon, welche Stellung die hintere
Antriebseinheit 14 momentan einnimmt. Konstruktiv ist dies
bei den genannten Ausführungsbeispielen derart gelöst,
dass der Fluid-Hauptkanal 42 zum radial orientierten Außenumfang
der hinteren Antriebseinheit 14 ausmündet und
von dort aus mit dem im Zylinderrohr 3 ausgebildeten dritten
Steueranschluss 29 verbunden ist. Zwei am Außenumfang
des zweiten Antriebskolbens 18 sitzende ringförmige
Dichtungen 21 flankieren die einander zugewandten Mündungen
des Fluid-Hauptkanals 42 und des dritten Steueranschlusses 29,
sodass kein unerwünschter Fluidaustritt stattfindet.
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Wenn
die vordere Antriebseinheit 13 aus ihrer ausgefahrenen
Stellung einfährt, verdrängt sie das zwischen
ihr und der hinteren Antriebseinheit 14 enthaltene Antriebsfluid
durch die erste Dämpfungskammer 36, den Fluid-Hauptkanal 42 und
den dritten Steueranschluss 29 hindurch. Da der Strömungsquerschnitt
ausreichend groß ist, erfährt die vordere An triebseinheit 13 hierbei
keinen nennenswerten Widerstand und kann folglich mit maximaler
Geschwindigkeit verlagert werden. Sobald jedoch der erste Dämpfungskolben 17 unter
Abdichtung in die erste Dämpfungskammer 36 eintaucht,
ist dem verdrängten Antriebsfluid der Strömungsweg
durch die erste Dämpfungskammer 36 hindurch versperrt.
Damit beginnt die Dämpfungsphase.
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Die
erste fluidische Dämpfungseinrichtung 34 enthält
bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 und 7 außer
den erwähnten Komponenten noch mindestens einen Bypass-Kanal 43,
der unter Umgehung der ersten Dämpfungskammer 36 eine
ständige Verbindung zwischen dem dritten Steueranschluss 29 und
den zwischen den beiden Antriebseinheiten 13, 14 liegenden
Abschnitten der Zylinderkammern 6, 7 herstellt.
Der Bypass-Kanal 43 mündet insbesondere an der
der vorderen Antriebseinheit 13 zugewandten vorderen Stirnfläche 44 des Anschlagfortsatzes 22 aus.
Sein entgegengesetzter Endabschnitt kommuniziert mit einem in den
Außenumfang des zweiten Antriebskolbens 18 eingebrachten
Ringraum 45, der mit dem dritten Steueranschluss 29 kommuniziert.
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In
den Verlauf des Bypass-Kanals 43 ist eine Drosseleinrichtung 46 eingeschaltet.
Sie begrenzt die mögliche Strömungsrate durch
den Bypass-Kanal 43 hindurch auf ein Maß, das erheblich
geringer ist als die bei offener erster Dämpfungskammer 36 mögliche
Strömungsrate.
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Während
der Dämpfungsphase kann das von der einfahrenden vorderen
Antriebseinheit 13 verdrängte Antriebsfluid nurmehr
durch den Bypass-Kanal 43 gedrosselt abströmen.
Folglich baut sich zwischen den beiden Antriebseinheiten 13, 14 ein
fluidischer Gegendruck auf, der ein Abbremsen der vorderen Antriebseinheit 13 bewirkt,
sodass die Intensität des Aufpralls auf der hinteren Antriebseinheit 14 minimiert
ist.
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Beim
Ausführungsbeispiel der 4 bis 6 basiert
das Dämpfungsprinzip auch auf einer Verringerung des dem
verdrängten Antriebsfluid zur Verfügung stehenden
Abströmquerschnittes und eines sich infolgedessen aufbauenden
fluidischen Gegendruckes. Die konstruktive Umsetzung weicht jedoch
etwas von der eben erläuterten ab.
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Genauer
gesagt ist bei dem Ausführungsbeispiel der 4 bis 6 der
dritte Steueranschluss 29 so platziert, dass das von der
einfahrenden vorderen Antriebseinheit 13 verdrängte
Antriebsfluid stets unter Umgehung der hinteren Antriebseinheit 14 direkt
ausströmen kann. Sie mündet insbesondere im Übergangsbereich
zwischen den beiden Zylinderkammern 6, 7 in den
Innenraum des Zylinderrohrs 3 ein.
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Außerdem
stellt ein mit einer Drosseleinrichtung 46 ausgestatteter
Bypass-Kanal 43 eine ständige Verbindung zwischen
dem Inneren der ersten Dämpfungskammer 36 und
den zwischen den beiden Antriebseinheiten 13, 14 liegenden
Abschnitten der beiden Zylinderkammern 6, 7 her.
Der Bypass-Kanal 43 kann hierzu wiederum an der vorderen
Stirnfläche 44 des Anschlagfortsatzes 22 ausmünden.
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Wenn
der erste Dämpfungskolben 17 zu Beginn der Dämpfungsphase
in die erste Dämpfungskammer 36 eintaucht, kann
das in der ersten Dämpfungskammer 36 eingesperrte
Antriebsfluid nur noch über den Bypass-Kanal 43 hinweg
in gedrosselter Weise in den zwischen den beiden Antriebseinheiten 13, 14 liegenden
Bereich und von dort zum dritten Steueranschluss 29 ausströmen.
Das für den Aufbau des Gegendruckes verantwortliche, gedrosselt
abströmende Fluid wird bei dem Ausführungsbeispiel der 4 bis 6 also
durch den ersten Dämpfungskolben 17 verdrängt,
während bei den anderen Ausführungsbeispielen
die Verdrängung durch den ersten Antriebskolben 15 stattfindet.
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Die
Drosseleinrichtung 46 könnte in ihrer Drosselungsintensität
unverstellbar ausgebildet sein, beispielsweise in Gestalt einer
einfachen Kanalverengung. Bei allen Ausführungsbeispielen
enthält sie jedoch ein einstellbares Drosselglied 47,
insbesondere in Gestalt einer durch Verdrehen justierbaren Drosselschraube.
Je nach Einstellung ragt sie mehr oder weniger weit in den Bypass-Kanal 43 hinein
und verändert dadurch den zur Verfügung gestellten
Strömungsquerschnitt.
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Allen
Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass das Drosselglied 47 an
der hinteren Antriebseinheit 14 angeordnet ist. Dadurch
macht es die Arbeitsbewegungen der hinteren Antriebseinheit 14 mit,
und es finden während des normalen Betriebes des Mehrstellungszylinders 1 keine
Relativbewegungen zwischen der hinteren Antriebseinheit 14 und dem
Drosselglied 47 statt. Alternativ wäre es jedoch auch
denkbar, das Drosselglied 47 am Zylindergehäuse 2 zu
lagern, sodass bei der Arbeitsbewegung der hinteren Antriebseinheit 14 eine
Relativbewegung zwischen dem Drosselglied 47 und dem Bypass-Kanal 43 stattfindet.
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Wie
man aus einem Vergleich der diversen Figuren ersehen kann, kann
das längliche Drosselglied 47 sowohl rechtwinkelig
als auch parallel zu der Längsachse 8 ausgerichtet
sein.
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Wiederum
bei sämtlichen Ausführungsbeispielen sitzt das
Drosselglied 47 im Innern des Zylindergehäuses 2 und
ist durch dieses zur Umgebung hin abgeschirmt. Allerdings ist in
der Wandung des Zylindergehäuses 2 mindestens
eine mit dem Drosselglied 47 ausrichtbare oder ausgerichtete
und insbeson dere fluchtende Zugangsöffnung 48 ausgebildet,
durch die hindurch mit einem Betätigungswerkzeug ein Zugriff
zu dem Drosselglied 47 möglich ist.
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Bei
den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 ist
die Zugangsöffnung 48 von dem dritten Steueranschluss 29 gebildet.
Eine eigenständige Zugangsöffnung 48 erübrigt
sich dadurch ebenso wie eine spezielle Abdichtung, da an dem dritten
Steueranschluss 29 wie auch an den anderen Steueranschlüssen 27, 28 üblicherweise
eine der Zufuhr und Abfuhr des Antriebsfluides dienende Fluidleitung
angeschlossen wird.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel der 7 ist das
Drosselglied 47 parallel zur Längsachse 8 ausgerichtet
und ebenso die Zugangsöffnung 48. Dadurch bleibt
eine fluchtende Zuordnung zwischen dem Drosselglied 47 und
der Zugangsöffnung 48 unabhängig von
der Position der hinteren Antriebseinheit 14 erhalten.
Das Drosselglied 47 kann folglich bei jeder Position der
hinteren Antriebseinheit 14 durch die Zugangsöffnung 48 hindurch
justiert werden.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel der 4 bis 6 ist
das Drosselglied 47 wie im Falle der 1 bis 3 radial
bezüglich der Längsachse 8 ausgerichtet.
Folglich liegt die Zugangsöffnung 48 der hinteren
Antriebseinheit 14 nicht axial gegenüber, sondern
radial. Sie befindet sich insbesondere in der Wandung des Zylinderrohrs 3.
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Da
sich somit die Relativposition zwischen Drosselglied 47 und
Zugangsöffnung 48 bei der Arbeitsbewegung der
hinteren Antriebseinheit 14 laufend ändert, ist
es zum Justieren des Drosselgliedes 47 erforderlich, die
hintere Antriebseinheit 14 in eine vorbestimmte Position
zu bringen, in der eine fluchtende Zuordnung zwischen Drosselglied 47 und
Zugangsöffnung 48 gegeben ist. Exemplarisch ist
dies der Fall, wenn die hintere Antriebseinheit 14 die
vorgeschobene Stellung einnimmt.
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Damit
die für den Einstellvorgang erforderliche Ausrichtung zwischen
Drosselglied 47 und Zugangsöffnung 48 stets
gewährleistet ist, ist es von Vorteil, wenn die hintere
Antriebseinheit 14 bezüglich des Zylindergehäuses 2 verdrehgesichert
ist, sodass keine relative Drehbewegung bezüglich der Längsachse 8 möglich
ist. Die Verdrehsicherung wird bei allen Ausführungsbeispielen
durch geeignete Verdrehsicherungsmittel 53 gewährleistet.
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Bei
den Ausführungsbeispielen der 1 bis 6 enthalten
die Verdrehsicherungsmittel 53 einen sich axial erstreckenden
Verdrehsicherungsstift 54, der in eine mit ihm axial fluch tende
Verdrehsicherungsausnehmung 55 eintaucht. Beim Ausführungsbeispiel
der 1 bis 3 sitzt der Verdrehsicherungsstift 54 an
der hinteren Antriebseinheit 14 und bewegt sich relativ
zu der am Zylindergehäuse 2 angeordneten Verdrehsicherungsausnehmung 55. Beim
Ausführungsbeispiel der 4 bis 6 ist
die Anordnung umgekehrt.
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Das
Ausführungsbeispiel der 7 entspricht
hinsichtlich der Verdrehsicherungsmaßnahmen prinzipiell
dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3.
Allerdings sind die Verdrehsicherungsmittel 53 hier keine
eigenständigen Komponenten, sondern es sind der Verdrehsicherungsstift 54 von
dem Drosselglied 47 und die Verdrehsicherungsausnehmung 55 von
der Zugangsöffnung 48 gebildet.
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Zweckmäßig
ist es, die Zugangsöffnung 48 durch ein entfernbares
Verschlussglied 52 zu verschließen. Dadurch wird
ein Eindringen von Verunreinigungen verhindert. Außerdem
kann ein Austritt von Antriebsfluid vermieden werden.
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Der
Mehrstellungszylinder 1 enthält zweckmäßigerweise
noch eine zweite fluidische Dämpfungseinrichtung 56,
die in gleicher Weise arbeitet wie die erste fluidische Dämpfungseinrichtung 34,
jedoch für eine Endlagendämpfung in der ausgefahrenen
Stellung der vorderen Antriebseinheit 13 zuständig ist.
Hier sind deshalb die Bestandteile der zweiten fluidischen Dämpfungseinrichtung 56 in
konventioneller Weise zum einen an der sich bewegenden vorderen
Antriebseinheit 13 und zum anderen am Zylindergehäuse 2 ausgebildet.
Man erreicht dadurch eine fluidische Aufpralldämpfung auch
bei ausfahrender vorderer Antriebseinheit 13.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Produktkatalog
"Pneumatische Antriebe/Näherungsschalter", Band 1, Ausgabe
10/2003, Seiten 1/5.10-2 und 1/5.10-8, der Festo AG & Co. KG [0002]