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Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungs- und/oder Hubzylinder gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Vorrichtung zum gesteuerten Bewegen eines Funktions- und/oder Maschinenelementes gemäß Oberbegriff Patentanspruch 13.
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Betätigungs- und Hubzylinder sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt und werden in unterschiedlichsten Bereichen der Technik insbesondere als Stellglieder und/oder Antriebe verwendet, speziell auch in ihrer Ausgestaltung als pneumatische oder hydraulische Betätigungs- und Hubzylinder. Im einfachsten Fall bestehen derartige Betätigungs- und Hubzylinder aus einem Zylinder, in dessen Zylinderinnenraum ein an einer Kolbenstange vorgesehener Kolben axial verschiebbar angeordnet ist.
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Aus der Druckschrift
DE 199 25 600 A1 ist dabei ein Betätigungs- und/oder Hubzylinder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bekannt geworden, der einen Zylinder aufweist, in dem ein an einer Kolbenstange vorgesehener Kolben axial in Bezug auf eine Zylinderachse verschiebbar vorgesehen ist, der einen Innenraum des Zylinders in einen ersten und einen zweiten Zylinderraum mit variablem Volumen unterteilt.
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Insbesondere bei Verwendung derartiger Betätigungs- und/oder Hubzylinder in Vorrichtungen, die zum Anheben und/oder Absenken von Lasten oder Maschinenteilen dienen und bei denen an dem die jeweilige Last aufnehmenden Funktionselement (z.B. Aufnahme- und/oder Halte- und/oder Greiferkopf) oder an dem anhebbaren und absenkbaten Maschinenteil auch die von der jeweiligen Bedienungsperson betätigten Steuerelemente oder Steuerventile vorgesehen sind, mit denen das Anheben und/oder Absenken sowie eventuell auch noch weitere Funktionen gesteuert werden, ist es notwendig, flexible Steuerleitungen und/oder Versorgungsleitungen für ein pneumatisches oder hydraulisches Druckmedium vorzusehen, die an das Funktionselement (z.B. Aufnahme und/oder Halte- und/oder Greiferkopf) oder an das Maschinenteil führen. Dies ist nicht nur störend, sondern bedingt auch die Gefahr, dass derartige Leitungen während des Betriebes der betreffenden Vorrichtung beschädigt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Betätigungs- und/oder Hubzylinder aufzuzeigen, der bei vereinfachtem Aufbau eine verbesserte Konstruktion aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Betätigungs- und/oder Hubzylinder entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Vorrichtung zum gesteuerten Bewegen eines Funktionselementes ist Gegenstand des Patentanspruchs 13.
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Der erfindungsgemäße Betätigungs- und/oder Hubzylinder eignet sich als Hubelement insbesondere bei solchen Vorrichtungen, bei denen der Zylinder des Betätigungs- und/oder Hubzylinders relativ zu der Kolbenstange bewegt wird, wobei bevorzugt bei der Hubbewegung der Zylinder bewegt und die Kolbenstange nicht bewegt wird. An dem Hubzylinder oder an einem dortigen Funktionselement sind Steuerelemente zur Steuerung der Bewegung des Zylinders relativ zur Kolbenstange vorgesehen. Bevorzugt eignet sich der erfindungsgemäß Betätigungs- und/oder Hubzylinder als Hubelement bei Vorrichtungen zum Anheben und/oder Absenken von Lasten.
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Der Ausdruck „im Wesentlichen“ bzw. „etwa“ bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/–10%, bevorzugt um +/–5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
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Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Betätigungs- und/oder Hubzylinder gemäß der Erfindung in perspektivischer Ansicht;
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2 einen Längsschnitt durch den Betätigungs- und/oder Hubzylinder der 1;
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3 in schematischer Darstellung eine Hubvorrichtung unter Verwendung des Betätigungs- und/oder Hubzylinders der 1 und 2 als Hubelement;
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4 eine Darstellung wie 2 bei einer weiteren Ausführungsform des Betätigungs- und/oder Hubzylinders;
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5 in schematischer Darstellung eine Klemmvorrichtung des Betätigungs- und/oder Hubzylinders der 4.
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Der in den 1–3 allgemein mit 1 bezeichnete Betätigungs- und/oder Hubzylinder umfasst u.a. einen inneren Zylinderkörper 2 und einen äußeren Zylinderkörper 3, der den inneren Zylinderkörper 2 mit Abstand umschließt, sodass zwischen dem inneren Zylinderkörper 2 und dem äußeren Zylinderkörper 3 ein ringförmiger Zylinderraum 4 gebildet ist. Beide Zylinderkörper 2 und 3 sind bei der dargestellten Ausführungsform achsgleich mit der Längsachse L des Betätigungs- und/oder Hubzylinders 1 angeordnet und bilden einen doppelwandigen Zylinder 5 des Betätigungs- und/oder Hubzylinders 1.
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An der einen Stirnseite des Betätigungs- und/oder Hubzylinders 1 bzw. des doppelwandigen Zylinders 5 ist der äußere Zylinderkörper 3 durch einen Zylinderdeckel 6 verschlossen. Der innere Zylinderkörper 2 ist allenfalls nur in Teilbereichen seines dortigen Zylinderrandes mit dem Zylinderdeckel 6 verbunden, sodass innerhalb des Zylinders 5 im Bereich des Zylinderdeckels 6 wenigstens eine Verbindung zwischen dem Inneren des Zylinders 2 und dem Zylinderraum 4 besteht, wie dies in der 2 bei 7 gezeigt ist. An der anderen Stirnseite sind beide Zylinderkörper 2 und 3 durch einen Zylinderdeckel 8 verschlossen.
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Im Zylinderdeckel 6 ist eine achsgleich mit der Längsachse L angeordnete Kolbenstange 9 axial verschiebbar gelagert. Die Kolbenstange 9, die abgedichtet durch den Zylinderdeckel 6 hindurchgeführt ist und einen Kolben 10 trägt, ist mit einem inneren Kanal 11 ausgebildet, der an einem Ende an dem aus dem Betätigungs- und/oder Hubzylinder 1 vorstehenden Ende oder Abschnitt 9.1 der Kolbenstange 9 sowie im Inneren des Zylinderkörpers 2 an dem dortigen mit dem Kolben 10 versehenen Ende der Kolbenstange 9 über wenigstens eine radiale Öffnung 11.1 offen ist. Der Kolben 10 unterteilt den Innenraum des Zylinderkörpers 2 in einen Zylinderraum 12, der sich zwischen dem Kolben 10 und dem Zylinderdeckel 6 erstreckt, und einen Zylinderraum 13, der sich zwischen dem Kolben 10 und dem Zylinderdeckel 8 erstreckt. Über die wenigstens eine Verbindung 7 steht der Zylinderraum 12 mit dem Zylinderraum 4 in Verbindung. In den Zylinderraum 12 mündet die wenigstens eine Öffnung 11.1 des Strömungskanals 11, und zwar in unmittelbarer Nähe des Kolbens 10. Am Zylinderdeckel 8 ist eine Steuerventilanordnung 14 mit Steuerventilen 15 vorgesehen, über die der Zylinderraum 13 zumindest gesteuert mit dem Druck eines Druckmediums, vorzugsweise Druckluft aus dem Zylinderraum 4 beaufschlagt und auch gesteuert entlüftet werden kann. Weiterhin ist am Zylinderdeckel 8 bevorzugt auch wenigstens ein beispielsweise gesteuerter Druckluftanschluss 16 vorgesehen, der mit dem Zylinderraum 4 in Verbindung steht.
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Durch Beaufschlagung des Zylinderraumes 12 und dabei auch des Zylinderraumes 4 mit dem Druck des über den Strömungskanal 11 zugeführten Druckmediums (vorzugsweise Druckluft) wird der Kolben 10 bei drucklosem oder entlüftetem Zylinderraum 13 in die in der 2 dargestellte Position bewegt, in der der Zylinderraum 12 sein maximales Volumen und der Zylinderraum 13 sein minimales Volumen aufweisen. Wird der geschlossene Zylinderraum 13 über die Steuerventilanordnung 14 mit dem Zylinderraum 4 verbunden und dadurch ebenfalls mit dem Druck des Druckmediums beaufschlagt, so wird der Kolben 10 auf den Zylinderdeckel 6 hin bewegt, was bereits u.a. dadurch erreicht wird, dass die wirksame Kolbenfläche des Kolbens 10 im Zylinderraum 13 größer ist als im Zylinderraum 12. Die wenigstens eine Verbindung 7 ist dabei so ausgeführt, dass auch bei an den Zylinderdeckel 6 heranbewegtem Kolben 10 die Öffnung 11.1 weiterhin in den zwischen dem Zylinderdeckel 6 und dem Kolben 10 sich erstreckenden Zylinderraum 12 mündet und dieser Zylinderraum weiterhin mit dem Zylinderraum 4 in Verbindung steht.
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Der Betätigungs- und/oder Hubzylinder 1 eignet sich ganz allgemein als pneumatischer, aber auch als hydraulischer Antriebs- und/oder Stellzylinder. Bevorzugt dient der Betätigungs- und/oder Hubzylinder 1 aber als Hubelement zum gesteuerten Bewegen eines Funktions- und/oder Maschinenelementes, welches am Zylinder 5, vorzugsweise an dem vom Zylinderdeckel 8 gebildeten Ende des Zylinders 5 vorgesehen ist, wobei am Zylinder 5 und/oder am Funktionselement die Steuermittel (Steuerventilanordnung 14) zum Steuern des Betätigungs- und/oder Hubzylinders 1 vorgesehen sind.
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Besonders eignet sich der Betätigungs- und/oder Hubzylinder 1 als Hubelement für Vorrichtungen 17 zum Anheben und Absenken von Gegenständen oder Lasten 18. Hierfür ist der Betätigungs- und/oder Hubzylinder 1 mit dem Abschnitt 9.1 seiner Kolbenstange 9 bzw. mit einer dortigen Befestigungsplatte 9.2 an einer Basis 19 befestigt, die sich oberhalb eines Arbeitsbereichs der Vorrichtung 17 befindet. Diese Basis 19 ist beispielsweise ein Maschinen- oder Traggestell. An dem dann unteren Ende des Betätigungs- und/oder Hubzylinders, d.h. an dem dortigen Zylinderdeckel 8 ist eine Aufnahme oder ein Aufnahme- und/oder Halte- und/oder Greiferkopf 20 vorgesehen, der das Halten der jeweiligen Last 18 ermöglicht, und zwar beispielsweise mit durch den Druck eines Druckmediums, z.B. mit Druckluft betätigten Greifern 21. Die Ansteuerung des Aufnahme- und/oder Halte- und/oder Greiferkopfes 20 und/oder der Greifer 21 erfolgt dann über den Druckanschluss 16 und über wenigstens ein nicht dargestelltes, z.B. am Greiferkopf oder Manipulator 20 vorgesehenes Steuerventil, welches ebenso wie die Steuerventilanordnung 14 zur Druckbeaufschlagung und zum Entlasten des Zylinderraumes 13 von der die Vorrichtung 17 bedienende Person problemlos betätigt werden kann.
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Zum Aufnehmen der Last 18 wird zunächst der Zylinderraum 13 mit dem Druck des Druckmediums aus dem Zylinderraum 4 beaufschlagt, sodass sich der Zylinder 5 relativ zu der an der Basis 19 gehaltenen Kolbenstange 9 nach unten bewegt. Zum anschließenden Anheben der mit dem Aufnahme- und/oder Haltekopf 20 erfassten Last 18 wird über die Steuerventilanordnung 14 die Strömungsverbindung zwischen dem Zylinderraum 4 und dem Zylinderraum 13 gesperrt und der Zylinderraum 13 entlastet, beispielsweise entlüftet. Durch den Druck des Druckmediums im Zylinderraum 12 wird der Zylinder 5 mit der an diesen Zylinder gehaltenen Last 18 angehoben.
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Ein besonderer Vorteil des Betätigungs- und/oder Hubzylinders 1 besteht in einer einfachen Steuerung des Anhebens und Absenkens des Aufnahme- und/oder Haltekopfes 20, ohne dass hierfür flexible außerhalb des Betätigungs- und/oder Hubzylinders 1 sich erstreckende Steuerleitungen und/oder Versorgungsleitungen für das Druckmedium erforderlich sind. Insbesondere ist auch bei Verwendung eines Aufnahme- und/oder Halte- und/oder Greiferkopfes 20 mit wenigstens einem druckbetätigten Greifer 21 keine flexible Leitung für die Druckversorgung dieses Greifers 21 erforderlich. Die für die gesteuerte Druckbeaufschlagung des Zylinderraums 13 und auch für die Druckversorgung von Greifern oder anderen am Aufnahme- und/oder Haltekopf 20 vorgesehenen Halte- und/oder Funktionselementen notwendige Druckverbindung erfolgt intern über den Zylinderraum 4. Weiterhin sind der Zylinder 5 und zumindest die Kolbenstange 9 relativ zueinander um die Achse der Kolbenstange endlos drehbar, und zwar bei ständiger Aufrechterhaltung der Energie und/oder Druckmediumversorgung insbesondere an den wenigstens einen Druckanschluss 16 oder an mit dem Druckmedium betätigte Funktionselemente am Zylinderdeckel 8 oder am Halte- und/oder Greiferkopfes 20.
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Die 4 und 5 zeigen als weitere Ausführungsform einen Betätigungs- und Hubzylinder 1a, der sich von dem Betätigungs- und Hubzylinder 1 lediglich dadurch unterscheidet, dass anstelle der Befestigungsplatte 9.2 eine druckgesteuerte Brems- und/oder Klemmvorrichtung 22 für die Kolbenstange 9 vorgesehen ist. Die Brems- und/oder Klemmvorrichtung 22, durch die die Kolbenstange 9 hindurchgeführt ist, ist über eine Befestigungs- und Verbindungsplatte 23 fest mit dem Zylinderdeckel 6 verbunden und so ausgeführt, dass sie bei fehlendem Strömungsmedium-Druck (z.B. pneumatischem Druck) im Strömungskanal 11 und/oder im Zylinderraum 12 und/oder in der bei der dargestellten Ausführungsform von dem Zylinderraum 4 gebildeten Kanal automatisch zumindest bremsend, bevorzugt aber klemmen auf die Kolbenstange 9 einwirkt, also ein Verschieben der Kolbenstange 9 relativ zum Zylinder 5 oder umgekehrt ein Verschieben des Zylinders 5 relativ zur Kolbenstange 9 zumindest abbremst, bevorzugt aber blockiert. Die Brems- und/oder Klemmvorrichtung 22 kann unter Verzicht auf die Befestigungs- und Verbindungsplatte 23 auch direkt an dem Zylinderdeckel 6 befestigt sein.
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Ein Ausführungsbeispiel einer derartige Brems- und/oder Klemmvorrichtung 22 ist in der 5 schematisch dargestellt. Die Brems- und/oder Klemmvorrichtung 22 besteht dabei im Wesentlichen aus mehreren Brems- und/oder Klemmbacken 24, die in einem Gehäuse 25 um die Kolbenstange 9 verteilt vorgesehen und radial zur Längsachse L zwischen einer die Kolbenstange 9 abbremsenden oder klemmenden Stellung und einer die Kolbenstange freigebenden Stellung beweglich sind. Im Inneren des mit dem Zylinder 5 bzw. mit dem Zylinderdeckel 6 verbundenen Gehäuses 25 sind zwei die Brems- und/oder Klemmbacken 24 umschließende, vorzugsweise jeweils segmentierte Federblechpakete 26 und 27 vorgesehen, die jeweils auch eine Membran aufweisen und mit den Oberflächenseiten ihrer Federbleche senkrecht zur Längsachse LA orientiert sind. Die Federbleche der Federblechpakete 26 und 27 stützen sich jeweils mit ihrem bezogen auf die Längsachse L radial außen liegenden Rand an einer Innenfläche des Gehäuses 25 und mit ihrem bezogen auf die Längsachse L radial innen liegenden Rand an den Klemmbacken 24 ab. Weiterhin sind die Federblechpakete 26 und 27 so ausgeführt, dass sie im entlasteten, noch leicht gewölbten Zustand die Brems- und/oder Klemmbacken 24 für das Abbremsen und/oder Blockieren gegen die Kolbenstange 9 andrücken. Die Federpakete 26 und 27 begrenzen jeweils einen Druckraum 26.1 bzw. 27.1, der in geeigneter Weise mit dem Zylinderraum 4 und/oder 12 verbunden ist, sodass bei Beaufschlagung des Zylinderraums 4 und/oder 12 mit dem Druck des Druckmediums (beispielsweise Druckluft) auch die Druckräume 26.1 und 27.1 druckbeaufschlagt sind, und hierdurch eine Freigabe der Kolbenstange 9 von den Brems- und/oder Klemmbacken 24 durch entsprechende Wölbung der Federpakete 26 und 27 erreicht wird. Mit der Klemmvorrichtung 22 wird somit bei einem Druckverlust ein automatisches Bremsen und/oder Blockieren des Zylinders 5 an der Kolbenstange 9 erreicht.
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Der Betätigungs- und/oder Hubzylinder 1a kann beispielsweise anstelle des Betätigungs- und/oder Hubzylinders 1 in der Vorrichtung 17 zum Anheben und Absenken von Gegenständen oder Lasten verwendet werden, wobei die Kolbenstange 9 dann mit ihrem Abschnitt 9.1 unmittelbar an der Basis 19 befestigt ist oder aber mit einer zusätzlichen Befestigungsplatte, die der Befestigungsplatte 9.2 entspricht und an der Kolbenstange 9 vorgesehen ist.
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Speziell bei Verwendung des Betätigungs- und/oder Hubzylinders 1a als Hubelement bei Vorrichtungen zum Anheben und Absenken von Lasten, aber auch bei anderen Anwendungen ist das automatische Bremsen und/oder Blockieren der Relativbewegung zwischen Kolbenstange 9 und Zylinder 5 durch die Brems- und/oder Klemmvorrichtung 22 als zusätzliche Sicherungsfunktion von besonderem Vorteil.
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Die Erfindung wurde voranstehend Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So besteht z.B. die Möglichkeit, die wenigstens eine Verbindung 7 gesteuert auszubilden. Weiterhin ist es nicht erforderlich, dass der äußere Zylinderkörper 3 achsgleich mit der Längsachse angeordnet ist. Auch kann der äußere Zylinderkörper 3 innen und/oder außen einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweisen oder anstelle des Zylinderraums 4 kann im oder am Zylinder 5, vorzugsweise in einer Wandung des Zylinder 5 wenigsten ein Kanal vorgesehen sein. Wie in den 2 und 4 bei 9.3 mit unterbrochenen Linien angedeutet, kann die Kolbenstange 9 auch durchgehend ausgeführt sein, so dass diese dann auch im Zylinderdeckel 8 geführt ist.
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Vorstehend wurde die Verwendung des Betätigungs- und/oder Hubzylinders 1 oder 1a zum Anheben und/oder Absenken einer Last 18 beschrieben. Diese Last kann auch ein Maschinenteil oder -element einer Vorrichtung oder Anlage sein, welches (Maschinenteil oder -element) relativ zu einem die Basis 18 bildenden Grundgestell gesteuert angehoben und/oder abgesenkt wird, wobei in diesem Fall auch mehrere Betätigungs- und/oder Hubzylinders 1 zum Einsatz kommen können.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1a
- Betätigungs- und Hubzylinder
- 2, 3
- Zylinderkörper
- 4
- Zylinderraum
- 5
- Zylinder oder Doppelzylinder
- 6
- Zylinderdeckel
- 7
- Verbindung
- 8
- Zylinderdeckel
- 9, 9.3
- Kolbenstange
- 9.1
- Abschnitt der Kolbenstange 9
- 9.2
- Befestigungsplatte
- 10
- Kolben
- 11
- axialer Strömungskanal in der Kolbenstange 9
- 11.1
- Öffnung des Strömungskanals
- 12
- Zylinderraum
- 13
- Zylinderraum
- 14
- Steuerventilanordnung
- 15
- Steuerventil
- 16
- Druckanschluss
- 17
- Vorrichtung zum Heben von Lasten
- 18
- Last
- 19
- Basis
- 20
- Aufnahme- und/oder Haltekopf
- 21
- Funktionselement oder Greifer
- 22
- Klemmvorrichtung
- 23
- Befestigungs- und Verbindungsplatte
- 24
- Klemmbacken
- 25
- Gehäuse
- 26, 27
- Federblechpaket mit Membrane
- 26.1, 27.1
- Druckraum
- L
- Längsachse
