DE102009034790A1

DE102009034790A1 - Zylinder mit Endlagendämpfung

Info

Publication number: DE102009034790A1
Application number: DE102009034790A
Authority: DE
Inventors: Dieter Michalkowski
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Aventics GmbH
Priority date: 2009-07-25
Filing date: 2009-07-25
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2029-07-26
Also published as: DE102009034790B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinder, insbesondere Pneumatikzylinder (100), mit einer Endlagendämpfung, welcher ein Zylindergehäuse (101) und einen darin axial verschiebbar gelagerten Kolben (102) aufweist, wobei wenigstens eine Endlagenposition des Kolbens (102) innerhalb des Zylindergehäuses (101) definiert ist, wobei wenigstens ein am Kolben (102) angeordnetes erstes Magnetelement (105) und ein am Zylindergehäuse (101, 104) angeordnetes zweites Magnetelement (106) zur Endlagendämpfung in Wechselwirkung treten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinder mit einer insbesondere einstellbaren Endlagen- bzw. Anschlagdämpfung sowie verschiedene Verfahren, für die ein solcher Zylinder geeignet ist.
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinder, insbesondere Pneumatikzylinder, mit Endlagendämpfung, bei dem in einem Zylindergehäuse ein darin axial verschiebbar gelagerter Kolben vorgesehen ist. Um ein abruptes Auftreffen bzw. Aufschlagen des Kolbens auf dem Gehäusedeckel in der Endlage zu vermeiden, erfordern bestimmte Einsatzfälle eine Endlagendämpfung. Bei der Endlagendämpfung wird die Geschwindigkeit des Kolbens vor Erreichen der Endlagenposition abgebremst. Üblicherweise wird dazu das Austreten des durch den Kolben verdrängten Fluids, häufig Druckluft, gedrosselt.
Allgemein bekannt sind endlagengedämpfte Pneumatikzylinder mit konstanter oder mit variabler Dämpfungslänge. Bei einem Pneumatikzylinder mit konstanter Dämpfungslänge lässt sich diese nicht ändern, also den Einsatzbedingungen anpassen. Dagegen ist die Dämpfungslänge bei Pneumatikzylindern mit variabler Dämpfungslänge änderbar, um je nach Einsatzfall eine Verstellung der Endlagendämpfung des Kolbens zu ermöglichen.
Beispielsweise zeigt die DE 44 10 103 C1 einen endlagengedämpften Pneumatikzylinder mit variabler Dämpfungslänge. Der Zylinder weist eine Anzahl von Steuerventilen auf, welche durch eine entsprechende, zeitverzögerte Ansteuerung eine Einstellung der Dämpfungslänge erlauben.
Die DE 196 45 701 A1 zeigt ebenfalls einen endlagengedämpften Pneumatikzylinder mit variabler Dämpfungslänge. Die Dämpfung wird 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 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 eine elektronische Steuereinheit ist wegen einer mit dieser zusammenwirkenden permanenten Wegerfassung des Kolbens das Einsetzen der Endlagendämpfung, d. h. hier das Umschalten zwischen den beiden Durchlassquerschnitten, flexibel einstellbar. Allerdings erfordert diese Lösung einen recht hohen Aufwand an zusätzlicher Ventiltechnik sowie Steuerelektronik.
Die EP 1 447 571 A1 zeigt einen weiteren endlagengedämpften Pneumatikzylinder mit variabler Dämpfungslänge, bei dem ein verstellbares Anschlagelement zur Endlagendämpfung vorgesehen ist. Das Anschlagelement verschließt bei Annäherung des Kolbens an die Endlage eine in dem Zylinderdeckel angeordnete Öffnung, so dass die aus der Druckkammer ausströmende Luft nur durch eine zweite Bypassöffnung entweichen kann, was eine Drosselung und damit eine Anschlagdämpfung bewirkt. Zur Einstellung der Dämpfungslänge sind Magnetelemente vorgesehen, deren Anordnung den Zeitpunkt des Verschließens der Öffnung im Zylinderdeckel bestimmt.
Die im Stand der Technik bekannten pneumatisch gedämpften Zylinder weisen den Nachteil auf, dass eine Vielzahl von Ventilen, Anschlüssen, Bohrungen usw. notwendig ist, um eine Endlagendämpfung, insbesondere eine verstellbare Endlagendämpfung bereitzustellen.
Es ist somit wünschenswert, einen endlagengedämpften Zylinder insbesondere mit variabler Dämpfungslänge anzugeben, welcher besonders einfach und mit wenigen Bauteilen bereitgestellt werden kann.
Erfindungsgemäß werden daher ein endlagengedämpfter Pneumatikzylinder sowie Verfahren zu dessen Verwendung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere durch die Lehre aus, dass eine Endlagendämpfung für einen (Pneumatik-)Zylinder durch ein wechselwirkendes erstes und zweites Magnetelement bereitgestellt werden kann. Die Dämpfungslänge kann durch Einstellung der magnetischen Flussdichte des Magnetfeldes eingestellt werden. Eine solche Lösung erweist sich in der Praxis als besonders robust und zuverlässig, da keine zusätzlichen Schaltventile, Kanäle, Bohrungen, Verschlussstücke u. ä. benötigt werden.
In Ausgestaltung ist ein am Zylindergehäuse angeordnetes zweites Magnetelement axial verschiebbar gelagert. Somit kann der Abstand zwischen dem ersten Magnetelement und dem zweiten Magnetelement in der Endlagenposition des Kolbens und damit die magnetische Flussdichte eingestellt werden. Die anziehende bzw. abstoßende Kraft zwischen zwei Magneten ist im Wesentlichen indirekt proportional zum Quadrat des Abstandes.
Alternativ oder zusätzlich kann das am Zylindergehäuse angeordnete zweite Magnetelement drehbar gelagert sein. Durch Variation der Ausrichtung der Magnetelemente zueinander kann ebenfalls die zwischen den Magnetelementen herrschende Flussdichte und damit die Dämpfungslänge variiert werden.
Beide soeben erläuterten Ausgestaltungen kommen ohne weitere elektrische oder pneumatische Elemente aus und können dennoch eine variable Dämpfungslänge bereitstellen. Die Dämpfungslänge kann in einfacher Ausgestaltung manuell eingestellt werden, was einen Verzicht auf fehleranfällige Bauteile möglicht macht.
Zweckmäßigerweise ist das erste und/oder das zweite Magnetelement als Elektromagnet ausgebildet. Somit kann durch Variation der Stromstärke durch das als Elektromagnet ausgebildete Magnetelement die Flussdichte und damit die Dämpfungslänge des Zylinders eingestellt werden. Diese Ausgestaltung zeichnet sich durch den weiteren Vorteil aus, dass die Endlagendämpfung komplett abschaltbar ist, und durch Umpolung auch eine Haltefunktion des Kolbens in der Endlagenposition bereitgestellt werden kann. Diese variable Funktionalität kann bei den herkömmlichen, pneumatisch gedämpften Zylindern, nicht erreicht werden. Auch kann die Stärke der Dämpfung während der Bewegung des Kolbens variiert bzw. an den Einsatzzweck angepasst werden. Bspw. kann die den Kolben abbremsende Kraft während der gesamten Bewegung im Wesentlichen konstant gehalten werden, indem der Strom bei Annäherung reduziert wird. Insgesamt ist das Dämpfungsverhalten in Abhängigkeit vom Abstand des Kolbens von der Endlage frei vorgebbar, was vielfältige Vorteile eröffnet.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zylinders.
2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zylinders.
Die 1 und 2 werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
In 1 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, hier als Pneumatikzylinder ausgebildeten, Zylinders schematisch dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Der Zylinder 100 weist ein rohrförmiges Zylindergehäuse 101 sowie einen darin axial verschiebbar gelagerten Kolben 102 auf. In der gezeigten Darstellung weist der Zylinder 100 auch eine Kolbenstange 103 auf, die jedoch bei kolbenstangenlosen Zylindern entfallen kann. Eine erste Endlagenposition ist durch ein Anstoßendes Kolbens 102 auf der von der Kolbenstange abgewandten Seite an einen Zylinderboden 104 definiert.
Zur Endlagendämpfung mit variabler Dämpfungslänge ist eine Anordnung aus zwei Magnetelementen vorgesehen, welche miteinander in Wechselwirkung treten. Ein erstes Magnetelement 105 ist als Permanentmagnet ausgebildet und an der von der Kolbenstange abgewandten Seite am Kolben 102 angebracht. Weiterhin ist ein zweites hier als Elektromagnet ausgebildetes Magnetelement 106 am Zylinderboden 104 angebracht. Der Elektromagnet 106 ist mit einer Stromquelle 107 verbunden.
Die Funktionalität der Anordnung kann durch einen entsprechenden Betrieb der Stromquelle 107 eingestellt werden. Zunächst ist eine Endlagendämpfung bereitstellbar, indem der Stromfluss durch den Elektromagneten 106 so eingestellt wird, dass sich ein zum Permanentmagneten 105 gegenpolig ausgerichtetes Magnetfeld ergibt. Durch Variation der Stromstärke lässt sich die Feldstärke des Elektromagneten 106 und damit die Dämpfungslänge der Endlagendämpfung variieren. Weiterhin ist es möglich, die Endlagendämpfung durch Abschalten der Stromquelle 107 bei bestimmten Anwendungsfällen, bei denen dies notwendig oder erwünscht ist, zu entfernen. Schließlich ist es möglich, durch Umpolen der Stromquelle 107 den Kolbens 102 in der Endlagenposition zu halten.
Die in 2 schematisch dargestellte, zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, hier ebenfalls als Pneumatikzylinder ausgebildeten Zylinders 200 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform 100 insofern, als das zweite Magnetelemente hier als Permanentmagnet 206 ausgebildet ist. Der Permanentmagnet 206 ist gegenpolig zum Permanentmagneten 105 am Zylinderboden 104 und relativ zu diesem axial verschiebbar angeordnet. Durch eine axiale Verschiebung des Permanentmagneten 206 relativ zum Zylinderboden 104 kann ein Abstand d eingestellt werden, welcher die Flussdichte zwischen den Magneten 105 und 206 in der Endlagenposition des Kolbens 102 definiert. Somit kann durch Vergrößern des Abstandes d die Dämpfungslänge verkleinert werden und umgekehrt.
Erfindungsgemäß werden wenigstens zwei Magnetelemente zur Endlagendämpfung des Kolbens in einem Zylinder bereitgestellt, wodurch eine verschleißfreie und dadurch langlebige, robuste und zuverlässige Dämpfung erreicht werden kann.
Es versteht sich, dass in den dargestellten Figuren nur beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Daneben ist jede andere Ausführungsform denkbar, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4410103 C1 [0004]
- DE 19645701 A1 [0005]
- EP 1447571 A1 [0006]

Claims

Zylinder, insbesondere Pneumatikzylinder (100, 200), mit einer Endlagendämpfung, welcher ein Zylindergehäuse (101) und einen darin axial verschiebbar gelagerten Kolben (102) aufweist, wobei wenigstens eine Endlagenposition des Kolbens (102) innerhalb des Zylindergehäuses (101) definiert ist, gekennzeichnet durch, wenigstens ein am Kolben (102) angeordnetes erstes Magnetelement (105) und ein am Zylindergehäuse (101, 104) angeordnetes zweites Magnetelement (106; 206), wobei die Endlagendämpfung durch eine zwischen den wenigstens zwei Magnetelementen herrschende abstoßende Wechselwirkung bereitstellbar ist.
Zylinder (100; 200) nach Anspruch 1, wobei das am Zylindergehäuse (101, 104) angeordnete zweite Magnetelement (206) axial verschiebbar gelagert ist.
Zylinder nach Anspruch 1 oder 2, wobei das am Zylindergehäuse angeordnete zweite Magnetelement drehbar gelagert ist.
Zylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste und/oder das zweite Magnetelement als Elektromagnet (106) ausgebildet ist.
Zylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, der als Pneumatikzylinder ausgebildet ist.
Verfahren zum Einstellen der Endlagendämpfung bei einem Zylinder (100; 200) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zum Einstellen der Endlagendämpfung die magnetische Flussdichte des Magnetfeldes zwischen dem ersten (105) und dem zweiten (106; 206) Magnetelement eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 zum Einstellen der Endlagendämpfung bei einem Zylinder (200) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei das zweite Magnetelement (206) axial verschoben und/oder gedreht wird, um die magnetische Flussdichte des Magnetfeldes einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 6 zum Einstellen der Endlagendämpfung bei einem Zylinder (100) gemäß Anspruch 4, wobei die Stromstärke durch das als Elektromagnet (106) ausgebildete Magnetelement eingestellt wird, um die magnetische Flussdichte des Magnetfeldes einzustellen.
Verfahren zum Bereitstellen einer Haltefunktion bei einem Zylinder gemäß Anspruch 4, wobei die Stromstärke durch das als Elektromagnet (106) ausgebildete Magnetelement so eingestellt wird, dass eine Anziehung zwischen dem ersten (105) und dem zweiten (106) Magnetelement bereitgestellt wird.