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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen endlagengedämpften
Druckmittelzylinder, in dessen Zylindergehäuse ein zumindest
einseitig beaufschlagbarer Kolben axial bewegbar untergebracht ist,
wobei mindestens eine der beiden hierdurch gebildeten Druckkammern
mit Mitteln für eine verstellbare Endlagendämpfung
des Kolbens ausgestattet ist.
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Das
Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich prinzipiell auf hydraulische,
vorzugsweise jedoch pneumatische Druckmittelzylinder. Um ein abruptes
Auftreffen des Kolbens auf den Zylinderdeckel in der Endlage zu
vermeiden, erfordern bestimmte Einsatzfälle insbesondere
bei pneumatischen Druckmittelzylindern eine spezielle Endlagendämpfung. Bei
dieser Endlagendämpfung wird die Geschwindigkeit des Kolbens
kurz vor Erreichen der Endlagenposition durch geeignete Bauteile
definiert abgebremst, die meist im Prinzip eine zusätzliche
Drosselstelle bilden, durch welche das aus dem Druckmittelzylinder zu
verdrängende Druckmittel hindurchfließen muss.
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Allgemein
bekannt im Stand der Technik sind endlagengedämpfte Druckmittelzylinder
mit konstanter Dämpfungslänge sowie auch mit variabler
Dämpfungslänge. Bei einem Druckmittelzylinder
mit konstanter Dämpfungslänge lässt sich
diese nicht ändern, also den Einsatzbedingungen nicht anpassen. Dagegen
ist die Dämpfungslänge bei Druckmittelzylindern
mit variabler Dämpfungslänge änderbar,
um je nach Einsatzfall eine Verstellung der Endlagendämpfung
des Kolbens zu ermöglichen.
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Eine Änderung
der Dämpfungslänge ist in der Praxis meist deshalb
erforderlich, weil hierdurch Einfluss auf die gewünschte
Taktfrequenz des Druckmittelzylinders genommen werden kann. Sind
die bewegten Massen gering, so liegt eine entsprechend geringe kinetische
Energie vor, welche eines nur kurzen Dämpfungswegs bedarf,
so dass hiermit recht hohe Taktfrequenzen machbar sind. Eine Bewegung größerer
Massen verursacht eine entsprechend größere kinetische
Energie, die einer stärkeren Endlagendämpfung
bedarf, wozu ein entsprechend langer Dämpfungsweg erforderlich
ist, was zu einer entsprechend geringeren machbaren Taktfrequenz
führt.
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Aus
der
DE 196 45 701
A1 geht ein gattungsgemäßer endlagengedämpfter
pneumatischer Druckmittelzylinder mit variierbarer Dämpfungslänge hervor.
Die Dämpfung wird hier mittels einer Steuerventilanordnung
erzeugt, durch welche die durchströmende Druckluft wenigstens
zeitweise gedrosselt wird. Die Steuerventilanordnung weist Druckluftanschlüsse
und Steueranschlüsse auf, die mit einer elektronischen
Steuereinheit verbunden sind. Zur Drosselung des Druckluftstroms
besitzt die Steuerventilanordnung neben einem ersten Durchlassquerschnitt
noch einen zweiten, kleineren Durchlassquerschnitt sowie ein Umschaltventil
zur Umschaltung zwischen den beiden Durchlassquerschnitten. Durch das
Umschalten auf den kleineren Durchlassquerschnitt wird eine zeitweise
Drosselung der Druckluftzufuhr in dem Druckmittelzylinder zur Endlagendämpfung
bewirkt. Über die elektronische Steuereinheit ist wegen
einer mit dieser zusammenwirkenden permanenten Wegerfassung des
Kolbens das Einsetzen der Endlagendämpfung, das heißt
hier das Umschalten zwischen den beiden Durchlassquerschnitten,
flexibel einstellbar. Allerdings erfordert diese Lösung
einen recht hohen Aufwand an zusätzlicher Ventiltechnik
sowie Steuerelektronik.
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Aus
der
EP 1 447 571 A1 geht
ein weiterer gattungsgemäßer Druckmittelzylinder
hervor. Als Mittel für eine verstellbare Endlagendämpfung
ist ein stirnseitig am Kolben über Druckfedermittel beabstandet
angebrachtes, zumindest bereichsweise eisenmetallisches Anschlagelement
vorgesehen, welches in einer kolbennahen Grundposition durch die Magnetkraft
eines Permanentmagneten am Kolben fixiert ist, und welches in einer
kolbenfernen Arbeitsposition zur Endlagendämpfung in die
benachbarte Druckkammer hineinragt. Ein außen entlang des
Zylindergehäuses zur Festlegung der Dämpfungslänge verstellbares
Magnetelement erzeugt ein gegenüber dem Magnetfeld des
Permanentmagneten invertiertes Magnetfeld, um eine Positionsänderung
des Anschlagelements aus der Grundposition in die Arbeitsposition
zu erzielen, wenn der Kolben kurz vor Erreichender Endlage das Magnetelement
passiert. Wegen möglicher, auf das Magnetfeld einwirkender Störgrößen
ist mit dieser Lösung jedoch eine sehr präzise
Festlegung der Dämpfungslänge nicht möglich.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen endlagengedämpften
Druckmittelzylinder mit variierbarer Dämpfungslänge
zu schaffen, welcher sich mit einfachen technischen Mitteln stufenlos und
präzise auf unterschiedliche Dämpfungslängen einstellen
lässt.
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Die
Aufgabe wird ausgehend von einem endlagengedämpften Druckmittelzylinder
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung
mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden
abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung wieder.
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Die
Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass als Mittel
für eine Endlagendämpfung eine gegenüber
einem ortsfesten Zylinderboden des Druckmittelzylinders axial verstellbar
angeordneter Einsatzhülse vorgesehen ist, deren stirnseitige
und der Druckkammer zugeordnete Eintauchöffnung dynamisch
dichtend mit einem Dämpfungsansatz am Kolben korrespondiert,
wobei eine Abflussöffnung der Einsatzhülse eine
Fluidverbindung mit dem der Druckkammer zugeordneten Druckanschluss
herstellt.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt
insbesondere darin, dass sich die so im Zylinderboden integrierte
Einsatzhülse in einfacher Weise axial verstellen lässt,
so dass eine stufenlose Einstellung einer gewünschten Dämpfungslänge
erfolgen kann. Die erfindungsgemäße Lösung
kommt mit wenigen Bauteilen aus und lässt sich fertigungstechnisch
in einfacher Weise realisieren. Die Forderung nach immer kürzeren
Taktfrequenzen für Druckmittelzylinder kann hierdurch einsatzfallgerecht
erfüllt werden.
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Vorzugsweise
erfolgt die axiale Verstellung der Einsatzhülse gegenüber
dem Zylinderboden über die maximale Dämpfungslänge
per dazwischen ausgebildeter Gewindemittel. So kann koaxial im Zylinderboden
ein metrisches Innengewinde eingebracht sein, das mit einem hierzu
korrespondierenden Außengewinde einer insoweit in der Grundform
zylindrischen Einsatzhülse korrespondiert. Daneben ist
es jedoch auch denkbar, die axiale Verstellung über kraftschlüssig
wirkende Klemmmittel oder abgestuft über Rastmittel durchzuführen.
Die Hülse kann auch durch ansteuerbare Antriebsmittel verstellt
werden, beispielsweise durch motorische oder pneumatische Aktuatoren.
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Um
eine präzise Dämpfungswirkung zu erzielen wird
gemäß einer anderen die Erfindung verbessernden
Maßnahme vorgeschlagen, die Öffnung in der Einsatzhülse
gegenüber dem Dämpfungsansatz des Kolbens per
Elastomerdichtring abzudichten. Vorzugsweise genügt hierfür
ein einziger als O-Ring ausgebildeter Elastomerdichtring, welcher
an der Einsatzhülse fixiert ist und innenradial gegenüber dem
soweit zylindrischen Dämpfungseinsatz abdichtet. In diesem
Fall kann der Elastomerdichtring formschlüssig über
eine im Bereich der Öffnung in der Einsatzhülse
eingebrachten innenradialen Umfangsnut fixiert werden. Auf diese
Weise lässt sich der Elastomerdichtring einfach montieren
und ist im Reparaturfall auch einfach austauschbar. Es ist jedoch auch
denkbar, den Elastomerdichtring am Dämpfungsansatz des
Kolbens anzubringen, der insoweit außenradial gegenüber
einer zylindrischen Öffnung der Einsatzhülse entlang
der Dämpfungslänge dynamisch abdichtet. Wird der
Elastomerdichtring als Nutring ausgebildet, so kann dieser von der
zugeordneten Druckkammer die abgedichtete Funktion für
die Dämpfung erfüllen und bei Beaufschlagung von
der anderen Seite von der Druckluft durchströmt werden, um
die Druckkammer bei Bewegungsumkehr schlagartig belüften
zu können.
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Gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Abflussöffnung
der Einsatzhülse im Bereich der Seitenwandung einzubringen.
Hierdurch kann die der Eintauchöffnung gegenüberliegende
Stirnseite der Einsatzhülse geschlossen ausgebildet werden,
so dass dieser Bereich von außen her zur axialen Verstellung
zugänglich gemacht werden kann. Der Hauptkanal zwischen Druckkammer
und Druckanschluss verläuft dann über die besagte
seitliche Abflussöffnung. Insoweit weist die Einsatzhülse
bei zylindrischer Grundform eine topfartige Ausbildung auf, wobei
deren Öffnung die stirnseitige Eintauchöffnung
für den Dämpfungsansatz bildet.
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Vorzugsweise
ist im Zylinderboden eine axiale Durchgangsbohrung zur zumindest
teilweisen Aufnahme der Einsatzhülse ausgebildet. Vorzugsweise
ist der Bodenbereich der Einsatzhülse hierdurch von außen
her frei zugänglich, um in einfacher Weise eine manuelle
Verstellung der Dämpfungslänge vornehmen zu können.
Die Durchgangsbohrung sollte als Absatzbohrung ausgeführt
sein, um druckkammerseitig einen Endanschlag für die Einsatzhülse
zu bilden.
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Zur
Abdichtung der verstellbaren Einsatzhülse gegenüber
dem Zylinderboden wird gemäß einer anderen die
Erfindung verbessernden Maßnahme vorgeschlagen, zwei axial
zueinander beabstandet angeordnete und die Abflussöffnung
der Einsatzhülse sowie den zugeordneten Druckanschluss
am Zylinderboden über die Gesamtdämpfungslänge
einschließende dynamische Dichtringe vorzunehmen. Diese
dynamischen Dichtringe können dabei entweder seitens des
Zylinderbodens in der Durchgangsbohrung fixiert werden und dem zu
Folge innenradial abdichten; daneben ist es auch denkbar, die beiden dynamischen
Dichtringe axial beabstandet zueinander der Außenwandung
der Einsatzhülse zu fixieren. Eine dynamische Abdichtung
erfolgt insoweit über deren Außenumfang gegenüber
der Durchgangsbohrung.
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Zur
Erzielung einer definierten Dämpfungswirkung wird vorgeschlagen,
parallel zu dem durch die Einsatzhülse verlaufenden Hauptkanal
zwischen der Druckkammer und dem äußeren Druckanschluss am
Druckmittelzylinder einen Bypasskanal vorzusehen, der eine integrierte
Drossel bildet oder aufweist. Im einfachsten Fall kann die Drossel
im Sinne einer Blende durch den Innendurchmesser des Bypasskanals
realisiert werden. Vorzugsweise wird jedoch eine von außen
her manuell verstellbare Drossel vorgeschlagen, um den Dämpfungsgrad
durch Verstellen einer zugeordneten Drosselschraube zusätzlich zu
variieren. Somit lässt sich nicht nur der Zeitpunkt des
Beginns für die Dämpfungswirkung über
die erfindungsgemäße Lösung einstellen,
sondern auch der Dämpfungsgrad der Endlagendämpfung.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend
gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt.
Die Figur zeigt einen als Pneumatikzylinder ausgebildeten endlagengedämpften
Druckmittelzylinder.
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Gemäß Figur
weist der Druckmittelzylinder ein Zylindergehäuse 1 auf,
in welchem ein beidseitig mit Druckluft beaufschlagbarer Kolben 2 axial
drehbar angeordnet ist. Zur Abdichtung des Kolbens 2 gegenüber
der Innenwandung des Zylindersgehäuses 1 ist ein
am Kolben 2 fixierter Elastomerdichtring 3 vorgesehen.
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Der
Kolben 2 unterteilt das innere des Zylindergehäuses 1 in
zwei Druckkammern 4a und 4b, wobei bei diesem
Ausführungsbeispiel der Druckkammer 4a nachfolgend
detailliert beschriebene Mittel für eine verstellbare Endlagendämpfung
des Kolbens 2 zugeordnet sind.
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In
dem der Druckkammer 4a zugeordneten und am Zylindergehäuse 1 fixierten
Zylinderboden 5 ist eine in Axialrichtung verstellbare
Einsatzhülse 6 vorgesehen. Die Einsatzhülse 6 weist
bei einer zylindrischen Grundform eine topfförmige Gestalt
auf, deren Eintauchöffnung 7 dynamisch dichtend
mit einem am Kolben 2 angeformten zylindrischen Dämpfungsansatz
korrespondiert. Erreicht der Dämpfungsansatz 8 die
Eintauchöffnung 7, so ist der zwischen einem äußeren
Druckanschluss 9 des Zylinderbodens 5 und der
Druckkammer 4a verlaufende Hauptkanal verschlossen und
es ist lediglich ein geringerer Druckmittelfluss über einen
parallel hierzu vorgesehenen Bypasskanal 10 möglich.
Der Dämpfungsgrad lässt sich dabei über
eine im Bypasskanal 10 integrierte und von außen
her verstellbare Drossel 11 einstellen. Die Einsatzhülse 6 ist
in einer korrespondierenden Durchgangsbohrung 12 des Zylinderbodens 5 untergebracht
und lässt sich in Axialrichtung über – hier
nicht näher dargestellte – Gewindemittel entlang
der maximalen Dämpfungslänge X stufenlos verstellen.
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Zur
dynamischen Abdichtung des zylindrischen Dämpfungsansatzes 8 gegenüber
der Eintauchöffnung 7 der Einsatzhülse 6 ist
ein Elastomerdichtring 13 vorgesehen, der in einer korrespondierenden
innenradialen Umfangsnut 14 der Einsatzhülse im
Bereich der Eintauchöffnung 7 fixiert ist. Der Hauptkanal
setzt sich von der Eintauchöffnung 7 innerhalb der
Einsatzhülse 6 fort bis hin zu einer seitlichen
Abflussöffnung 15, über welche die Fluidverbindung
mit dem Druckanschluss 9 hergestellt wird.
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Zur
Abdichtung der axial verstellbaren Einsatzhülse 6 gegenüber
dem Zylinderboden 5 sind zwei dynamische Dichtringe 16a und 16b vorgesehen.
Die beiden dynamischen Dichtringe 16a und 16b sind
derart axial zueinander beabstandet seitens des Zylinderbodens 5 fixiert,
dass die Verbindung zwischen der Abflussöffnung 15 der
Einsatzhülse 6 und dem äußeren
Druckanschluss 9 über die gesamte Dämpfungslänge
X erhalten bleibt.
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- 1
- Zylindergehäuse
- 2
- Kolben
- 3
- Elastomerdichtring
- 4
- Druckkammer
- 5
- Zylinderboden
- 6
- Einsatzhülse
- 7
- Eintauchöffnung
- 8
- Dämpfungsansatz
- 9
- Druckanschluss
- 10
- Bypasskanal
- 11
- Drossel
- 12
- Durchgangsbohrung
- 13
- Elastomerdichtring
- 14
- Umfangsnut
- 15
- Abflussöffnung
- 16
- Dichtring
- X
- maximale
Dämpfungslänge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19645701
A1 [0005]
- - EP 144757 A1 [0006]