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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mehrstellungszylinder und ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrstellungszylinders.
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Die Druckschrift
DE 10 2000 001 002 A1 betrifft einen fluidbetätigten Mehrstellungszylinder mit einem Zylindergehäuse und einem durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung wahlweise in einer eingefahrenen Stellung oder in einer ausgefahrenen Stellung positionierbaren vorderen Antriebseinheit.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Aufbau eines Mehrstellungszylinders zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird durch Gegenstände nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch einen Mehrstellungszylinder gelöst, mit einer Zylinderkammer mit einem ersten Kolben mit einem ersten Hub zum Bewegen einer Kolbenstange, der in der Zylinderkammer beweglich geführt ist; und einem zweiten Kolben mit einem zweiten Hub zum Bewegen des ersten Kolbens, der in der Zylinderkammer beweglich geführt ist. Dadurch wird ein mit geringerem Aufwand herstellbarer und zuverlässiger Mehrstellungszylinder realisiert, der eine kompaktere Bauweise als herkömmliche Mehrstellungszylinder aufweist und der mehrere Positionen anfahren kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Mehrstellungszylinders umfasst der Mehrstellungszylinder ein mechanisches Begrenzungselement zum Begrenzen des zweiten Hubes des zweiten Kolbens. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der zweite Hub durch das Begrenzungselement vorgegeben werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Mehrstellungszylinders ist die Lage des Begrenzungselements im Inneren der Zylinderkammer verschiebbar. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Hub des zweiten Kolbens benutzerspezifisch angepasst werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Mehrstellungszylinders umfasst das Begrenzungselement ein Gewinde zum Verstellen der Lage. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich das Begrenzungselement auf einfache Weise verstellen lässt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Mehrstellungszylinders ist das Begrenzungselement an einem Abschlussdeckel befestigt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Begrenzungselement Kräfte auf den Abschlussdeckel übertragen kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Mehrstellungszylinders ist das Begrenzungselement durch den zweiten Kolben hindurchgeführt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Bewegung des zweiten Kolbens wirksam begrenz werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Mehrstellungszylinders ist zwischen dem ersten Kolben und dem zweiten Kolben ein Abstandselement angeordnet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben ein Raum entsteht, zu dem ein Druckmedium zugeführt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Mehrstellungszylinders ist das Abstandselement in dem zweiten Kolben integriert. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Abstandselement mechanisch stabil befestigt ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Mehrstellungszylinders ist zwischen dem ersten Kolben und dem zweiten Kolben ein Einlass zum Zuführen eines Druckmediums gebildet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein Druck in einer Druckkammer zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben aufgebaut werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Mehrstellungszylinders ist zwischen dem ersten Kolben und dem Lagerdeckel ein Einlass zum Zuführen eines Druckmediums gebildet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein Druck in einer Druckkammer zwischen dem ersten Kolben und dem Lagerdeckel aufgebaut werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Mehrstellungszylinders ist zwischen dem zweiten Kolben und dem Abschlussdeckel ein Einlass zum Zuführen eines Druckmediums gebildet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein Druck in einer Druckkammer zwischen dem zweiten Kolben und dem Abschlussdeckel aufgebaut werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Mehrstellungszylinders umfasst der Mehrstellungszylinder jeweilige Anschlüsse für das Zuführen des Druckmediums zu den Einlässen umfasst, die in dem Abschlussdeckel angeordnet sind. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Druckleitungen von der Seite des Abschlussdeckels her zugeführt werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Mehrstellungszylinders sind die Kanäle zum Verbinden der Anschlüsse mit den Einlässen im Inneren eines Gehäuses integriert. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Kanäle durch das Gehäuse geschützt sind.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrstellungszylinders gelöst, mit den Schritten eines Führens eines erstens Kolben mit einem ersten Hub zum Bewegen einer Kolbenstange in einer Zylinderkammer; und eines Führens eines zweiten Kolbens mit einem zweiten Hub zum Bewegen des ersten Kolbens in der Zylinderkammer. Dadurch werden die gleichen technischen Vorteile wie durch den Mehrstellungszylinder nach dem ersten Aspekt gelöst.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren den Schritt eines Begrenzens des zweiten Hubes des zweiten Kolbens durch ein mechanisches Begrenzungselement. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass der zweite Hub durch das Begrenzungselement vorgegeben werden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Querschnittsansicht des Mehrstellungszylinders in einer ersten Stellung;
- 2 eine schematische Querschnittsansicht des Mehrstellungszylinders in einer zweiten Stellung;
- 3 eine schematische Querschnittsansicht des Mehrstellungszylinders in einer dritten Stellung; und
- 4 ein Blockdiagramm eines Verfahrens.
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1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Mehrstellungszylinders 100 in einer ersten Stellung. Der Mehrstellungszylinder 100 dient zum pneumatischen Anfahren mehrerer Positionen mittels einer Kolbenstange 105. Der Mehrstellungszylinder 100 ist ein pneumatisch betreibbarer Arbeitszylinder. Durch den Mehrstellungszylinder 100 kann eine lineare Bewegung erzeugt werden.
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Der Mehrstellungszylinder 100 umfasst ein im Querschnitt kreisförmiges Zylinderrohr 125, in dem ein erster Kolben 103-1 und ein zweiter Kolben 103-2 beweglich geführt sind. Das Zylinderrohr 125 ist beispielsweise durch ein Strangpressprofil aus Aluminium gebildet. Daneben dient das Zylinderrohr 125 beispielsweise zur Aufnahme von Sensoren und als Befestigungsmöglichkeit für Anbauteile.
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Gegenüber einer Innenwand des Zylinderrohrs 125 sind der erste Kolben 103-1 und der zweite Kolben 103-2 mittels umlaufender Dichtungen 127 abgedichtet, so dass zwischen einem Lagerdeckel 113 und dem ersten Kolben 103 eine erste Druckkammer 129-1, zwischen dem ersten Kolben 103-1 und dem zweiten Kolben 103-2 eine zweite Druckkammer 129-2 und zwischen dem zweiten Kolben 103-2 und dem Abschlussdeckel 111 eine dritte Druckkammer 129-3 gebildet wird. Jeder der abgedichteten Druckkammern 129-1, 129-2 und 129-3 kann unabhängig von den anderen Druckkammern ein Druckmedium zugeführt werden. Dadurch kann jede der Druckkammern 129-1, 129-2 und 129-3 mit einem eigenen Druck beaufschlagt werden.
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Dadurch können die Kolben 103-1 und 103-2 im Inneren des Zylinderrohrs 125 pneumatisch verschoben werden.
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Der erste Kolben 103-1 weist einen ersten Hub auf und dient zum Bewegen der Kolbenstange 105, die in dem Lagerdeckel 113 beweglich geführt ist und mit dem ersten Kolben 103-1 verbunden ist. Der zweite Kolben 103-2 weist einen zweiten Hub auf und dient zum Bewegen des ersten Kolbens 103-1. Dadurch kann mittelbar über ein Bewegen des ersten Kolbens 103-1 die Kolbenstange 105 bewegt werden. Durch das Zusammenspiel der beiden Kolben 103-1 und 103-2 mit den jeweiligen Hüben lassen sich drei Stellungen der Kolbenstange 105 realisieren. Außerdem haben die Kolben 103-1 und 103-2 die Aufgabe, eine kinetische Restenergie in der Endlage umzuwandeln. Diese Aufgabe teilen sich die Kolben mit dem Lagerdeckel 113 und Abschlussdeckel 111.
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Die Kolbenstange 105 ist das Teil, das die Kraft und die Bewegung des Mehrstellungszylinders 100 nach Außen überträgt. Die Spitze der Kolbenstange 105 ist mit einem Gewinde versehen, so dass kundenseitig weitere Bauteile angebunden werden können. Die Kolbenstange 105 lässt im Allgemeinen verschiedenste Varianten zu, wie beispielsweise eine hohle oder durchgehende Ausführung.
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Der Lagerdeckel 113 verschließt das Zylinderrohr 125 auf einer Seite und stellt gleichzeitig eine Lager- und Dichtstelle für die Kolbenstange 105 dar. Der Abschlussdeckel 111 verschließt das Zylinderrohr 111 auf der anderen Seite.
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Der erste Kolben 103-1 und der zweite Kolben 103-2 werden durch ein mechanisches Abstandselement 109 gegenseitig auf einem vorgegebenen Abstand gehalten, das zwischen dem ersten Kolben 103-1 und dem zweiten Kolben 103-2 angeordnet ist. Das Abstandselement 109 wird beispielsweise durch einen ringförmigen Abschnitt gebildet, der in dem zweiten Kolben 103-2 integriert ist und in axialer Richtung heraussteht. Bei einer Bewegung des zweiten Kolbens 103-2 in Richtung des Lagerdeckels 113 drückt das Abstandselement 109 auf den ersten Kolben 103-1 und verschiebt diesen dadurch. Zudem sorgt das Abstandselement 109 für das Entstehen der Druckkammer 129-2 zwischen dem ersten Kolben 103-1 und dem zweiten Kolben 103-2.
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Im Allgemeinen kann das Abstandelement 109 jedoch auch auf andere Weise ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Abstandselement 109 auch in dem ersten Kolben 103-1 angeordnet sein.
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Die Bewegung und der Hub des Kolbens 103-2 ist durch ein mechanisches Begrenzungselement 107 begrenzt. Das Begrenzungselement 107 ist durch einen axial angeordneten, zylindrischen Bolzen gebildet, der durch eine Öffnung des Kolbens 103-2 in das Innere der Druckkammer 129-2 ragt. Der Kolben 103-2 kann sich gegenüber dem Bolzen 107 verschieben. Der Übergang zwischen dem Bolzen 107 und dem zweiten Kolben 103-2 ist mittels eines Dichtrings abgedichtet. An der Spitze weist der Bolzen 107 einen überstehenden, ringförmigen Rand 131 auf, mit dem der Kolben 103-2 an der Position mit maximalem Hub in Kontakt gerät und der eine Bewegung des Kolbens 103-2 begrenzt. Im Allgemeinen kann das Begrenzungselement 107 jedoch auch eine andere Form aufweisen.
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Die Lage des Bolzens 107 lässt sich in axialer Richtung verändern, so dass die Position des Bolzens 107 im Inneren der Zylinderkammer 101 verschiebbar ist. Dadurch können die Weglänge und der Hub des Kolbens 103-2 eingestellt werden. Zu diesem Zweck umfasst der Bolzen 107 beispielsweise ein Gewinde 123, über das der Bolzen 107 in den Abschlussdeckel 111 eingedreht und befestigt ist. In diesem Fall kann durch ein Drehen des Bolzens 107 die Lage im Inneren der Zylinderkammer 101 eingestellt werden.
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Jede der Druckkammern 129-1, 129-2 und 129-3 weist einen jeweiligen Einlass 115-1, 115-2 und 115-3 auf, über den ein Druckmedium, wie beispielsweise Druckluft, zugeführt werden kann. Der Einlass 115-1 ist zwischen dem ersten Kolben 103-1 und dem Lagerdeckel 113 gebildet, beispielsweise im Bereich des Lagerdeckels 113. Der Einlass 115-2 ist zwischen dem ersten Kolben 103-1 und dem zweiten Kolben 103-2 gebildet. Der Einlass 115-3 ist zwischen zweiten Kolben 103-2 und dem Abschlussdeckel 111 gebildet, beispielsweise im Bereich des Abschlussdeckels 111. Durch gezieltes Erhöhen oder Erniedrigen des Druckes in den jeweiligen Druckkammern 129-1, 129-2 und 129-3 lassen sich die Positionen der Kolben 103-1 und 103-2 einstellen und anfahren.
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Die Einlässe 115-1, 115-2 und 115-3 sind über jeweilige Kanäle 119-1, 119-2, 119-3 mit externen Anschlüssen 117-1, 117-2, 117-3 verbunden. Der Einlass 115-1 ist über den Kanal 119-1 mit dem Anschluss 117-1 verbunden. Der Einlass 115-2 ist über den Kanal 119-2 mit dem Anschluss 117-2 verbunden.
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Der Einlass 115-3 ist über den Kanal 119-3 mit dem Anschluss 117-3 verbunden. Die Kanäle 119-1, 119-2, 119-3 sind im Inneren des Gehäuses 121 integriert, so dass diese vor mechanischen Beschädigungen geschützt sind und sich die Herstellung des Mehrstellungszylinders 100 vereinfacht.
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An die Anschlüsse 117-1, 117-2, 117-3 wird beispielsweise jeweils ein Druckluftschlauch zum Regeln des jeweiligen Druckes angeschlossen. Zu diesem Zweck umfassen die Anschlüsse 117-1, 117-2, 117-3 eine mechanische Kopplungsschnittstelle. In der 1 sind die Anschlüsse 117-1, 117-2, 117-3 im Abschlussdeckel 111 angeordnet. Im Allgemeinen können die Anschlüsse 117-1, 117-2, 117-3 aber auch an anderer Stelle vorgesehen sein.
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In der gezeigten ersten Stellung ist beispielsweise der Druck P1 in der Druckkammer 129-1 größer als Null. Der Druck P2 in der Druckkammer 129-2 ist kleiner als der Druck P1 in der Druckkammer 129-1 und der Druck P3 in der Druckkammer 129-3 beträgt Null.
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2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Mehrstellungszylinders 100 in einer zweiten Stellung. In der gezeigten zweiten Stellung ist beispielsweise der Druck P1 in der Druckkammer 129-1 größer als Null. Der Druck P2 in der Druckkammer 129-2 beträgt Null und der Druck P3 in der Druckkammer 129-3 ist größer als der Druck P1 in der Druckkammer 129-1.
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3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Mehrstellungszylinders 100 in einer dritten Stellung. In der gezeigten dritten Stellung beträgt beispielsweise der Druck in der Druckkammer 129-1 Null. Der Druck P2 in der Druckkammer 129-2 ist größer Null und der Druck P3 in der Druckkammer 129-3 ist größer als der Druck P2 in der Druckkammer 129-2.
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4 zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Mehrstellungszylinders 100. Das Verfahren umfasst den Schritt S101 eines Führens des erstens Kolben 103-1 mit dem ersten Hub zum Bewegen der Kolbenstange 105 in einer Zylinderkammer 101; und den Schritt S101 eines Führens des zweiten Kolbens 103-2 mit dem zweiten Hub zum Bewegen des ersten Kolbens 103-1 in der Zylinderkammer 101.
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Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.
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Alle Verfahrensschritte können durch Vorrichtungen implementiert werden, die zum Ausführen des jeweiligen Verfahrensschrittes geeignet sind. Alle Funktionen, die von gegenständlichen Merkmalen ausgeführt werden, können ein Verfahrensschritt eines Verfahrens sein.
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Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Mehrstellungszylinder
- 101
- Zylinderkammer
- 103
- Kolben
- 105
- Kolbenstange
- 107
- Begrenzungselement/Bolzen
- 109
- Abstandselement
- 111
- Abschlussdeckel
- 113
- Lagerdeckel
- 115
- Einlass
- 117
- Anschluss
- 119
- Kanal
- 121
- Gehäuse
- 123
- Gewinde
- 125
- Zylinderrohr
- 127
- Dichtung
- 129
- Druckkammer
- 131
- Rand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102000001002 A1 [0002]
