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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Zylinder und einem daran geführten Kolben, die eine flache Bauweise aufweist und einen im Vergleich dazu großen Hub. Bevorzugt betrifft die Erfindung einen Greifer, insbesondere einen Sauggreifer, der eine Vorrichtung mit dem Zylinder und Kolben flacher Bauweise als Antrieb für einen Auswerfer aufweist.
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Der Zylinder kann mit einem Druckmedium, insbesondere Druckgas, z.B. Druckluft, beaufschlagt werden, um den Kolben von einer eingefahrenen Stellung in eine ausgefahrene Stellung zu bewegen.
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Die Vorrichtung hat den Vorteil eines einfachen Aufbaus und eines Hubs zwischen der eingefahrenen und der ausgefahrenen Stellung des Kolbens, der annähernd gleich der Höhe des Zylinders, entlang derer der Kolben beweglich ist, zuzüglich der Bodendicke des Zylinders ist. Optional kann der Kolben mit dem Zylinder in der vollständig ausgefahrenen Stellung einen Auslass für das Druckmedium bilden, so dass z.B. ein zusätzliches Ventil am Zylinder als Schutz vor Überdruck nicht erforderlich ist. Daher kann die Vorrichtung ohne Überdruckventil ausgebildet sein.
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Bevorzugt weist der Kolben selbst eine Rückstelleinrichtung auf, z.B. eine Rückstellfeder, die den Kolben aus der ausgefahrenen Stellung in die eingefahrene Stellung belastet.
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Stand der Technik
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Die
EP 2 842 703 A1 beschreibt einen Sauggreifer, in dessen Saugglocke ein in Richtung der Öffnung der Saugglocke verschiebliches Anlageelement geführt ist, mit dem in die Saugglocke ragende Gegenstände herausgeschoben werden können. Die
DE 193 63 43 U zeigt einen Kolben, der in einem Zylinder geführt ist, wobei eine elastische Membran zwischen Zylinderinnenraum und Kolben angebracht ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine alternative Vorrichtung mit Zylinder und Kolben bereitzustellen, insbesondere eine alternative Vorrichtung zum Bewegen eines Gegenstands aus einer Saugglocke. Eine bevorzugte Aufgabe liegt darin, eine Vorrichtung flacher Bauweise bereitzustellen, die einen im Verhältnis zur Bauweise großen Hub erlaubt.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche und insbesondere mittels einer Vorrichtung mit einem Zylinder und einem darin geführten Kolben, der zumindest zwei aneinander angelenkte Kolbensegmente aufweist. Zwei der Kolbensegmente sind mit jeweils einem Umfangsabschnitt schwenkbar an dem Zylinder geführt und zumindest eines der Kolbensegmente, bevorzugt jedes dieser Kolbensegmente, ist mit dem Umfangsabschnitt schwenkbar und verschieblich an dem Zylinder geführt. Dabei kann ein Kolbensegment mit seinem Umfangsabschnitt an dem Zylinder schwenkbar angelenkt sein und ein anderes Kolbensegment kann verschieblich und schwenkbar am Zylinder geführt sein. Optional sind zwei Kolbensegmente an ihren Umfangsabschnitten verschieblich und schwenkbar am Zylinder geführt. Die Schwenkachse, an der die Kolbensegmente aneinander angelenkt sind, liegt bevorzugt symmetrisch zwischen den am Zylinder geführten Umfangsabschnitten der Kolbensegmente. Bevorzugt liegen die am Zylinder geführten Umfangsabschnitte der Kolbensegmente einander gegenüber und die Schwenkachse, an der die Kolbensegmente aneinander angelenkt sind, liegt parallel zu diesen am Zylinder geführten Umfangsabschnitten. Die Kolbensegmente sind so schwenkbar aneinander angelenkt, dass sich ihre Oberseiten bei Beaufschlagung des Zylinders mit Druckmedium konvex vom Zylinder in die ausgefahrene Stellung bewegen und sich ein Umfangsabschnitt zumindest eines Kolbensegments gegenüber dem Zylinder verschiebt. Die Oberseite der Kolbensegmente ist dem Zylinderboden abgewandt, die der Oberseite gegenüberliegende Unterseite der Kolbensegmente ist dem Zylinderboden zugewandt. Der Zylinderboden oder eine Zylinderwand weist einen Einlass für ein Druckmedium auf.
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Der Mantel des Kolbens wird durch die Seitenflächen der Kolbensegmente gebildet, die reibschlüssig bzw. mit Spiel am Zylinder geführt sind. Die Seitenflächen können eine Höhe haben, z.B. senkrecht zur Oberseite des Kolbens, die gleich der Höhe des Zylinders ist, um den für die Höhe des Zylinders maximalen Hub zu erzeugen. Generell bevorzugt weist zumindest eines der Kolbensegmente, bevorzugt der gesamte Kolben, auf der Unterseite eine Ausnehmung auf, die z.B. durch über die Unterseite ragende Seitenflächen gebildet wird. Eine solche Ausnehmung auf der Unterseite des Kolbens erlaubt eine schnellere Ausbreitung des Druckmediums zwischen Zylinder und Kolben als eine Unterseite, die in der eingefahrenen Stellung direkt auf dem Zylinderboden aufliegt oder in geringem Abstand zum Zylinderboden angeordnet ist.
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Die Kolbensegmente können dadurch verschieblich und schwenkbar am Zylinder geführt sein, dass jeweils ein Umfangsabschnitt verschieblich und mit Spiel mit einem Halteelement des Zylinders in Eingriff steht. Ein Halteelement kann z.B. ein den offenen Querschnitt des Zylinders am Rand überdeckender Bügel sein, eine Hinterschneidung in der Zylinderwand und/oder zumindest ein über die Zylinderwand vorstehender Stift oder Streifen. Bevorzugt erstreckt sich das Haltelement vollständig über den Umfangsabschnitt, z.B. parallel zum Umfangsabschnitt und/oder parallel zur Schwenkachse, um die die Kolbensegmente gegeneinander schwenkbar sind.
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Die Führung eines oder jedes Kolbensegments, das einen an die Zylinderwand angrenzenden Umfangsabschnitt aufweist, verschieblich und schwenkbar mittels eines Halteelements am Zylinder erlaubt einen einfachen Aufbau sowie eine einfache Montage und Demontage des Kolbens am Zylinder. Z.B. kann ein Halteelement ein über einen Randabschnitt des Zylinders schwenkbarer Bügel sein oder eine schlitzförmige Ausnehmung in einer Zylinderwand. Dabei können die Halteelemente gleich oder verschieden aufgebaut sein, z.B. eines als Bügel und ein weiteres Halteelement als Ausnehmung. Die Vorrichtung ist daher bevorzugt zur Montage und Demontage ohne Werkzeug eingerichtet, z.B. durch Schwenken eines Bügels über die bzw. von der Oberseite des Kolbens und Bewegen des Kolbens in eine bzw. aus einer gegenüber dem Bügel im Zylinder angebrachten Ausnehmung. Die einfache Demontage ermöglicht ein Verfahren zur Reinigung der Vorrichtung im zerlegten Zustand, z.B. mittels einer automatischen Spülmaschine, und eine anschließende Montage. Dies ist insbesondere zur Verwendung der Vorrichtung als Auswerfer eines Greifers für Lebensmittel von Vorteil, um hygienische Bedingungen herzustellen.
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Bevorzugt sind die Kolbensegmente so aneinander angelenkt, dass ihre Verschwenkung bei Beaufschlagen des Zylinders mit Druckmedium gegeneinander begrenzt ist, z.B. durch Anschläge, die parallel zur Schwenkachse der Kolbensegmente voneinander beabstandet an der Unterseite der Kolbensegmente angeordnet sind. In Ausführungsformen, in denen solche Anschläge in den Segmenten der Kolbenwand der jeweiligen Kolbensegmente ausgebildet sind, kann der Mantel des Kolbens in der eingefahrenen Stellung Durchbrechungen aufweisen. Optional können die Segmente der Kolbenwand die Kolbensegmente in Richtung auf das jeweils benachbarte Kolbensegment überragen und zueinander versetzt sein, so dass die Segmente von Kolbenwänden von aneinander angrenzenden Kolbensegmenten parallel zueinander schwenkbar sind und bevorzugt in geringem Abstand oder reibschlüssig angeordnet die Kolbenwand bilden.
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Optional ist die Schwenkachse, um die die Kolbensegmente gegeneinander schwenkbar sind, näher an der dem Zylinderboden abgewandten Oberseite der Kolbensegmente angeordnet als an ihrer Unterseite. Ein Vorteil der nahe an der Oberseite der Kolbensegmente angeordneten Schwenkachse liegt insbesondere in Kombination mit Anschlägen an der Unterseite darin, dass das Schwenkgelenk in der ausgefahrenen bzw. konvexen Stellung des Kolbens im Wesentlichen durch Zug belastet wird.
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Die Kolbensegmente können dadurch aneinander angelenkt sein, dass sie durch ein Schwenkgelenk verbunden sind, z.B. durch an den Kolbensegmenten einstückig angeformte oder festgelegte biegsame Verbindungsbereiche. Alternativ können die Kolbensegmente dadurch aneinander angelenkt sein, dass das Schwenkgelenk aus ineinander greifenden Scharnierelementen gebildet ist, die z.B. einstückig mit den Kolbensegmenten gebildet sind.
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Bevorzugt sind die Kolbensegmente durch eine Rückstelleinrichtung, z.B. ein Federelement, in die eingefahrene Stellung belastet, insbesondere durch ein Federelement, das die Kolbensegmente miteinander verbindet und in die Schwenkposition belastet, die sie in der eingefahrenen Stellung einnehmen bzw. gegen die konvexe Anordnung ihrer Oberseiten belastet. Die eingefahrene Stellung ist z.B. eine, in der die Kolbensegmente in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind und/oder in der Anschläge in dem Abstand voneinander angeordnet sind, den sie in der eingefahrenen Stellung einnehmen. Ein Federelement kann z.B. ein die Kolbensegmente verbindender Federstahl sein, insbesondere ein flacher Federstahl, der in der eingefahrenen Stellung der Kolbensegmente im entspannten Zustand ist. Ein Federelement kann z.B. auf der Oberseite der Kolbensegmente angebracht sein, insbesondere an zumindest einem Kolbensegment längsverschieblich geführt, z.B. mittels einer am Kolbensegment festgelegten Schraube, die in einem Langloch des Federelements verschieblich geführt ist. Dabei kann das Federelement an einem anderen Kolbensegment ebenfalls längsverschieblich geführt sein oder daran festgelegt sein. Optional kann das Schwenkgelenk aus einem flachen Federstahl gebildet sein.
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Bevorzugt ist der Kolben so bemessen, dass die Kolbenwand in einer ausgefahrenen Stellung den Zylinder überragt, z.B. der an die Schwenkachse angrenzende Abschnitt der Kolbenwand, und dadurch eine Öffnung gebildet wird, durch die das Druckmedium entweicht. In dieser Ausführungsform kann die Vorrichtung nur einen Einlass für Druckmedium aufweisen und kein Überdruckventil oder Ablassventil.
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Die Kolbensegmente und der Zylinder können z.B. aus Metall oder Kunststoff gebildet sein.
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Der Kolben überdeckt den Querschnitt des Zylinders in der eingefahrenen Stellung, in der er nicht von Druckmedium beaufschlagt ist, und kann in der ausgefahrenen Stellung, in der der Zylinder mit Druckmedium beaufschlagt ist, den lichten Querschnitt des Zylinders zwischen den Halteelementen überdecken.
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Der Zylinder kann einen zumindest viereckigen, insbesondere rechteckigen, oder einen runden oder ovalen Innenquerschnitt aufweisen, bevorzugt mit einem zur Zylinderwand senkrechten Zylinderboden. Die Zylinderwand erstreckt sich bevorzugt bis in eine Ebene, die senkrecht zur Zylinderwand ist und bevorzugt parallel zum Zylinderboden liegt. Die Kolbenwand weist in der eingefahrenen Stellung bevorzugt einen äußeren Querschnitt auf, der mit einem Abstand für eine reibschlüssige Bewegung gleich dem Innenquerschnitt des Zylinders ist, z.B. mit einem Abstand von 0,05 bis 1 mm. Bei einem eckigen Zylinder sind die Führungen und Halteelemente für den Kolben bevorzugt an den Schmalseiten des Zylinders angeordnet.
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Der Zylinder hat optional eine Querschnittsfläche und einen Zylinderboden, die um einen Faktor von zumindest 100, bevorzugter zumindest 500 oder 1000 betragsmäßig größer ist als die Höhe der Zylinderwand über dem Zylinderboden.
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Dadurch, dass die Kolbensegmente in sich starr sind, ergibt sich eine gleichmäßige Bewegung in die ausgefahrene Stellung. Daher kann bevorzugt ein Anlageelement an der Oberseite des Kolbens angebracht sein, das sich insbesondere bei symmetrischer Anordnung auf der Oberseite etwa parallel zwischen der eingefahrenen und der ausgefahrenen Stellung, z.B. parallel zum Zylinderboden, bewegt, wenn der Zylinder mit Druckmedium beaufschlagt wird.
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Optional ist die Vorrichtung in einem Rahmen angeordnet, der den Zylinder und den Kolben umfänglich umfasst, so dass Druckmedium, das im ausgefahrenen Zustand aus einer Lücke zwischen dem Zylinder und der Kolbenwand oder zwischen Kolbenwandsegmenten austritt, durch den Rahmen in Richtung der Bewegung des Kolbens gelenkt wird. In dieser Ausführung ist bevorzugt, dass auf dem Kolben ein Anlageelement angebracht ist, das Durchbrechungen aufweist und bevorzugt umfänglich vom Rahmen umfasst wird. Ein Anlageelement ist z.B. eine Platte, die durch Bewegung des Kolbens in die ausgefahrene Stellung gegen einen Gegenstand angelegt werden kann.
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Die Erfindung wird nun genauer mit Bezug auf die Figuren beschrieben, die schematisch in
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1 einen Zylinder in Aufsicht,
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2 den Zylinder von 1 von der Seite im Schnitt,
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3 eine Schnittansicht eines Zylinders mit Kolben,
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4 bis 6 Ausführungsformen von Kolben in Seitenansicht und
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7 eine seitliche Schnittansicht einer Vorrichtung und
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8 eine seitliche Schnittansicht einer Vorrichtung zeigen.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern funktionsgleiche Teile.
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1 zeigt einen rechteckigen Zylinder 1 mit einem Zylinderboden 2 und einer diesen überragenden Zylinderwand 3, an deren Schmalseiten 3a, 3b jeweils ein Halteelement 4 angeordnet ist, an dem der Kolben 5 verschieblich geführt ist. Ein Haltelement 4 ist an der Schmalseite 3a als Bügel 6 ausgebildet, der am Zylinder 1 schwenkbar gelagert ist und über den Kolben 5 geschwenkt werden kann, und das an der gegenüberliegenden Schmalseite 3b angeordnete Halteelement 4 ist als Hinterschneidung in Form einer Nut 7 in der Zylinderwand 3 ausgebildet. Der Zylinderboden 2 weist einen Einlass 8 für Druckmedium auf.
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2 zeigt eine um 90° gedrehte Schnittansicht des Zylinders 1 von 1. Die Zylinderwand 3 erstreckt sich in eine Ebene über den ebenen Zylinderboden 2, die senkrecht zu der Zylinderwand 3 liegt, und wie hier dargestellt parallel zum Zylinderboden 2.
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3 zeigt im Schnitt einen am Zylinder 1 geführten Kolben 5 aus zwei an einer Schwenkachse 10 aneinander angelenkten Kolbensegmenten 9a, 9b. Die Umfangsabschnitte 11a, 11b liegen parallel zur Schwenkachse 10 und sind durch die Halteelemente 4, z.B. einen Bügel 6 und eine Nut 7, am Zylinder 1 schwenkbar und verschieblich geführt. Die Kolbensegmente 9a, 9b sind durch ein in der Schwenkachse 10 angeordnetes Schwenkgelenk aneinander angelenkt, das in der Nähe der Oberseite 12 des Kolbens 5 angeordnet ist. Unterhalb der Schwenkachse 10 liegen die Kolbensegmente 9a, 9b aneinander an, wobei die Segmente der Kolbenwand 13, bzw. deren Stirnflächen, Anschläge 14 bilden, die in der gezeigten ausgefahrenen Stellung des Kolbens 5 aneinander anliegen. Der hier gezeigte Kolben 5 besteht aus zwei aneinander angelenkten Kolbensegmenten 9a, 9b.
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In der gezeigten ausgefahrenen Stellung des Kolbens 5 wird entsprechend der bevorzugten Ausführungsform eine Öffnung 18 zwischen der Oberkante der Zylinderwand 3 und der Kolbenwand 13 gebildet. Druckmedium kann daher in der ausgefahrenen Stellung durch diese Öffnung 18 entweichen, so dass die Vorrichtung auch wenn sie kein Überdruckventil aufweist, nicht durch zu hohen Druck des Druckmediums überlastet werden kann.
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Die 4 bis 6 zeigen Ausführungsformen des Kolbens 5 aus drei Kolbensegmenten 9a, 9c, 9b, die für einen Zylinder 1 gemäß 2 in der eingefahrenen Stellung dargestellt sind. Die Schwenkachsen 10 liegen parallel zu den Umfangsabschnitten 11a, 11b, die am Zylinder 1 geführt sind.
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Der in 4 gezeigte Kolben 5 weist parallel zur Schwenkachse 10 der Kolbensegmente 9a, 9c, 9b beabstandete Anschläge 14 auf, die z.B. von den Segmenten der Kolbenwand gebildet werden. Die beim Verschwenken der Kolbensegmente 9a, 9c, 9b in ihre ausgefahrene, konvexe Stellung zwischen den Anschlägen 14 gebildeten Durchbrüche können optional in der Kolbenwand gebildet werden. Diese in der ausgefahrenen Stellung etwa dreieckigen Durchbrüche in der Zylinderwand beeinträchtigen die Funktion der Vorrichtung nicht wesentlich, da ihr Querschnitt sehr klein im Vergleich zum Querschnitt von Zylinder 1 und Kolben 5 ist. Generell bevorzugt weist die Vorrichtung eine Steuerung zur stoßweisen Zuführung von Druckmedium durch einen Einlass 8 auf, so dass ein Entweichen von Druckmedium durch Durchbrüche in der Kolbenwand, die zwischen Kolbensegmenten 9a, 9c, 9b gebildet werden, zumindest die kurzzeitige Bewegung des Kolbens in die ausgefahrene Stellung nicht wesentlich beeinträchtigt. Von den gegenüberliegenden Umfangsabschnitten 11a und 11b ist zumindest einer 11a verschieblich und schwenkbar am Zylinder 1 geführt, wobei der andere Umfangsabschnitt 11b schwenkbar oder bevorzugt schwenkbar und verschieblich am Zylinder 1 geführt ist.
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5 zeigt eine Ausführungsform eines Kolbens 5, bei der die Kolbensegmente durch elastische streifenförmige Elemente aneinander angelenkt sind, die Schwenkgelenke bilden. Wie hier dargestellt, können die Schwenkgelenke auch etwa im Bereich der halben Kolbenhöhe angeordnet sein.
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6 zeigt wie 4 eine Ausführungsform, bei der die Kolbenwandsegmente 15a, 15b, 15c zwischen sich Ausnehmungen aufweisen, deren Kanten Anschläge 14 zwischen den Kolbensegmenten 9a, 9b, 9c bilden. Die Anschläge 14 der Ausführungsform von 6 weisen Stirnflächen auf, die bei Verschwenken der Kolbensegmente 9a, 9b, 9c in der ausgefahrenen Stellung parallel aneinander anliegen und in der ausgefahrenen Stellung keine Durchbrüche in der Kolbenwand bilden.
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Bei den in 4 und 6 gezeigten Ausführungsformen können die Kolbensegmente 9a, 9b, 9c dadurch gebildet und aneinander angelenkt sein, dass sie ein gemeinsames elastisches Element 16, z.B. einer Kunststoffplatte oder einer Federstahlplatte, aufweisen, an dem Kolbenwandsegmente 15a, 15b, 15c festgelegt sind. Dabei kann das elastische Element 16 die Oberseite 12 und die gegenüberliegende Unterseite 17 des Kolbens 5 bilden.
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7 zeigt in der ausgefahrenen Stellung eine Ausführungsform, bei der der Kolben 5 aus zwei Kolbensegmenten 9a, 9b besteht, die an einer Schwenkachse 10 aneinander dadurch angelenkt sind, dass sie ineinander greifende Scharnierelemente 19 aufweisen. Für eine flache Bauweise ist generell bevorzugt, dass die Scharnierelemente 19 nicht die Oberseite der Kolbensegmente 9a, 9b überragen. Die am Zylinder 1 geführten Umfangsabschnitte 11a, 11b der Kolbensegmente 9a, 9b sind parallel zur Schwenkachse 10 angeordnet. Die Scharnierelemente 19 können so ausgebildet sein, dass die Verschwenkung der Kolbensegmente 9a, 9b in der ausgefahrenen Stellung begrenzt ist, z.B. durch Ausbildung von Anschlägen 14 an den Scharnierelementen 19. Alternativ oder zusätzlich kann auf der Oberseite 12 der Kolbensegmente 9a, 9b ein Federelement angebracht sein, dessen Verschieblichkeit gegenüber den Kolbensegmenten 9a, 9b begrenzt ist.
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8 zeigt in der ausgefahrenen Stellung eine Ausführungsform des Kolbens 5 aus drei Kolbensegmenten 9a, 9b, 9c, die an zueinander parallelen Schwenkachsen 10 aneinander angelenkt sind, wobei die am Zylinder 1 geführten Umfangsabschnitte 11a, 11b der Kolbensegmente 9a, 9b parallel zur Schwenkachse 10 angeordnet sind. Die Schwenkachsen 10 werden durch ineinander greifende Scharnierelemente 19 gebildet. Ein auf der Oberseite des mittleren Kolbensegments 9c angebrachtes Anlageelement 20 wird bei Bewegung des Kolbens 5 parallel verschoben, bevorzugt parallel zum Zylinderboden 2. Ein Rahmen 21, der den Zylinder 1, den Kolben 5 und in der eingefahrenen Stellung, bevorzugt in der ausgefahrenen Stellung, das Anlageelement 20 umfasst, kann zwischen Zylinder 1 und Kolben 5 austretendes Druckmedium in den Bereich zwischen Anlageelement 20 und Rahmen 21 lenken, bevorzugt durch Durchbrechungen 22, die in dem Anlageelement 20 gebildet sind. Bevorzugt ist das Anlageelement 20 plattenförmig und erstreckt sich optional über die gesamte Oberseite des Kolbens 5.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinder
- 2
- Zylinderboden
- 3
- Zylinderwand
- 3a, 3b
- Schmalseite
- 4
- Halteelement
- 5
- Kolben
- 6
- Bügel
- 7
- Nut
- 8
- Einlass
- 9a, 9b, 9c
- Kolbensegment
- 10
- 10 Schwenkachse
- 11a, 11b
- Umfangsabschnitt
- 12
- Oberseite
- 13
- Kolbenwand
- 14
- Anschlag
- 15a, 15b, 15c
- Kolbenwandsegment
- 16
- elastisches Element
- 17
- Unterseite
- 18
- Öffnung
- 19
- Scharnierelement
- 20
- Anlageelement
- 21
- Rahmen
- 22
- Durchbrechung
