DE10261412A1

DE10261412A1 - Pneumatikzylinder mit Dämpfungsmitteln

Info

Publication number: DE10261412A1
Application number: DE10261412A
Authority: DE
Inventors: Staffan Hedlund
Original assignee: Bosch Rexroth Teknik AB
Current assignee: Bosch Rexroth Teknik AB
Priority date: 2002-12-30
Filing date: 2002-12-30
Publication date: 2004-07-22
Also published as: EP1435461A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pneumatikzylinder mit einem Zylindergehäuse (1), in dem gleitend ein Kolben (3) geführt ist, zumindest ein Kolbendichtring (13a; 13b), der außen radial am Kolben (3) zur Definition zumindest einer Druckkammer (6a; 6b) angeordnet ist, zumidnest ein Anschluss (5a; 5b) zum Zu- und Abführen von Druckluft zur bzw. von der durch den Kolben (3) gebildeten Druckkammer (6a; 6b), ein jeweils zugeordneter Luftanschluss (7a; 7b) für die zugeordnete Druckkammer (6a; 6b), der mit dem Anschluss (5a; 5b) korrespondiert und in einem axialen Dämpfungsabstand (X) zum Ende des Zylindergehäuses (1) angeordnet ist, sowie Dämpfungsmittel zum gedämpften Stoppen des Kolbens (3) durch Zurückhalten der aus der Druckkammer (6a; 6b) abzuführenden Druckluft, wobei die Dämpfungsmittel zumindest einen mit einer Dämpfungsdüse (8a; 8b) versehenen Kolbenkanal (9a; 9b) umfassen, der in dem Kolben (3) angeordnet ist, so dass die aus der Druckkammer (6a; 6b) abzuführende Druckluft nur durch die Dämpfungsdüse (8a; 8b) strömt, wenn der Kolbendichtring (13a; 13b) auf der Abluftseite kurz vor Erreichen der Endlage des Kolbens (3) den zugeordneten Luftauslass (7a; 7b) passiert hat, wobei der Kolbenkanal (9a; 9b) die Druckkammer (6a; 6b) mit dem Luftauslass (7a; 7b) verbindet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pneumatikzylinder mit einem Zylindergehäuse, in dem ein Kolben gleitend geführt ist, zumindest einem außen radial am Kolben angeordneten Kolbendichtring zum Definieren mindestens einer Druckkammer, zumindest einem Anschluss zum Zu- und Abführen von Druckluft zu bzw. von der durch den Kolben gebildeten Druckkammer, ein der Druckkammer zugeordneter und in einem axialen Dämpfungsabstand zum Ende des Zylindergehäuses angeordneter Luftauslass, der mit der Druckkammer kommuniziert und eine Verbindung zum äußeren Anschluss herstellt, Dämpfungsmitteln zum gedämpften Stoppen des Kolben durch Zurückhalten der aus der Druckkammer entweichenden Abluft.
Die US 5,307,729 offenbart einen Pneumatikzylinder mit derartigen Dämpfungsmitteln. Eine Einstellschraube ist am Verschlussdeckel des Pneumatikzylinders zur gleichzeitigen Einstellung der die Dämpfung regulierenden Drosselmittel als auch der Geschwindigkeit angeordnet. Der Verschlussdeckel ist mit einer in die Druckkammer hinein ragenden Dämpfungshülse ausgestattet, welche als Haupteinlass bzw. -auslass dient. Der Kolben ist mit einer zur Dämpfungshülse korrespondierenden Buchse mit Dichtung ausgestattet. Wenn nun der Kolben in den Endanschlagbereich kommt, kann die ausströmende Druckluft lediglich durch einen weiteren parallelen Bypasskanal entweichen und gelangt über die Drosselmittel und verlässt schließlich den Verschlussdeckel über den äußeren Anschluss. Der Bypasskanal ist einem radialen Abstand zum zentralen Haupteinlass/-auslass angeordnet. Der äußere Anschluss dient ebenfalls als Lufteinlass, um den Kolben in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen. Da bei diesem Stand der Technik die Dämpfungsmittel komplett in den Verschlussdeckel integriert sind, fällt der bekannte Pneumatikzylinder relativ lang bauend aus.
Die GB 2 347 176 zeigt dagegen einen relativ kurz bauenden Pneumatikzylinder, bei dem die Dämpfungsmittel in den Wandbereich des Zylindergehäuses integriert sind. Die Dämpfungsmittel umfassen Abluftauslässe und Rückschlagventile. Um den innen liegenden Kolben zu bewegen, gelangt die Druckluft in die Druckkammer über einen äußeren Anschluss durch einen Bypasskanal, ein Rückschlagventil und eine erste Bohrung hindurch. Wenn weiterhin der Kolbenring des Kolbens eine zweite Bohrung freigibt, so wird ein ungehinderter Druckluftfluss vom äußeren Anschluss zur Druckkammer gewährleistet. Wenn der Kolben einen von der Endanschlagsposition ausgehenden Dämpfungsabstand erreicht, so bedeckt und verschließt ein Kolbenring eine der beiden Auslassbohrungen, so dass die Abluft zum äußeren Anschluss lediglich über den verbleibenden Auslass, Drosselmittel sowie einen Bypasskanal gelangt. Die gedämpfte Entlüftung dient der Verzögerung der Kolbenbewegung. Zwar erlaubt diese konstruktive Lösung einen kurz bauenden Pneumatikzylinder; jedoch ist zur Unterbringung der Dämpfungsmittel ein relativ dickwandiges Zylindergehäuse erforderlich.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Pneumatikzylinder mit Dämpfungsmitteln zu schaffen, der sich durch eine kurz bauende und dünnwandige Zylindergestaltung auszeichnet.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem Pneumatikzylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wider.

Die erfindungsgemäßen Dämpfungsmittel weisen zumindest einen im Kolben ausgebildeten und mit einer Dämpfungsdüse versehenen Kolbenkanal auf. Die aus der Druckkammer ausströmende Druckluft gelangt nur durch die Dämpfungsdüse, wenn der Kolbendichtring den Luftauslass auf der Abluftseite kurz vor Erreichen der Endanschlagsposition des Kolbens passiert hat. Der Kolbenkanal verbindet hierbei die Druckkammer gedrosselt mit dem Luftauslass.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es ebenfalls möglich, dass der Kolbenkanal selbst die Funktion der Dämpfungsdüse ausführt. D.h., dass eine separate Dämpfungsdüse als Einzelteil nicht erforderlich ist. Der erfindungsgemäße Pneumatikzylinder kommt ohne eine lange Dämpfungshülse innerhalb der Druckkammer aus, was die Baulänge insgesamt reduziert und zur Miniaturisierung beiträgt. Da ein Großteil der einfach ausgebildeten Dämpfungsmittel im Kolben des erfindungsgemäßen Pneumatikzylinders integriert sind, lässt sich weiterhin ein dünnwandiges Zylindergehäuse realisieren.

Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme ist eine zusätzliche Elastomerdämpfungsscheibe an der Innenseite des Verschlussdeckels des Zylinderrohres vorgesehen.

Die Elastomerdämpfungsscheibe dient dazu, harte Endanschlagstöße zu absorbieren, welche insbesondere bei Pneumatikzylindern mit hoher Kolbengeschwindigkeit auftreten können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jeder äußere Anschluss des Pneumatikzylinders mit einem außerhalb angeordneten Drosselrückschlagventil zur Regulierung der Kolbengeschwindigkeit verbunden. Um das Drosselrückschlagventil außerhalb des Pneumatikzylinders anzuordnen, kann dieses als Baueinheit entweder außen am Pneumatikzylinder angebracht werden oder beabstandet hiervon angeordnet werden, wobei eine verbindende Druckmittelleitung vorgesehen ist.

Um eine Verschmutzung der Dämpfungsdüse zu vermeiden, ist gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme vorgesehen, ein Filterelement zwischen der Dämpfungsdüse und der Druckkammer anzuordnen. Das Filterelement kann aus einem porösen Keramik- oder Metallmaterial bestehen und ist vorzugsweise austauschbar innerhalb des Kolbenkanals angeordnet.

Gemäß einer speziellen Ausführungsform hat der zumindest eine Kolbendichtring die zusätzliche Funktion eines Rückschlagventils, um während der Belüftungsphase der Druckkammer eine hohe Kolbenbeschleunigung zu erreichen.

Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme kann die Dämpfungsdüse auch direkt in den Kolbendichtring in Form einer axialen Durchgangsbohrung integriert sein. In diesem Falle kann auch der separate Kolbenkanal durch den Kolben entfallen.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung näher dargestellt. Es zeigt:
1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Pneumatikzylinders mit Dämpfungsmitteln während der ungedämpften Bewegungsphase des Kolbens,
2 einen Längsschnitt durch den Pneumatikzylinder gemäß 1, wobei sich der Kolben in einer Endanschlagstellung befindet, und
3 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Pneumatikzylinders mit Dämpfungsmitteln während der ungedämpften Bewegungsphase des Kolbens.
Der Pneumatikzylinder gemäß 1 besteht aus einem Zylindergehäuse (1), dessen beide Enden mittels Verschlussdeckel (2a; 2b) verschlossen sind, einem Kolben (3), der wechselseitig beaufschlagbar innerhalb des Zylindergehäuses (1) angeordnet ist und einer vom Kolben (3) ausgehenden Kolbenstange (4).
Im Endanschlagsbereich beider Seiten des Zylindergehäuses (1) sind zwei äußere Anschlüsse (5a und 5b) zur Beaufschlagung und Entlüftung von Druckluft angeordnet, und zwar in einem axialen Dämpfungsabstand (X). Diesen beiden äußeren Anschlüssen (5a und 5b) sind jeweils eine Druckkammer (6a bzw. 6b) zugeordnet, die durch die beiden Seiten des Kolbens (3) definiert sind und über Luftauslässe (7a bzw. 7b) mit den äußeren Anschlüssen (5a bzw. 5b) kommunizieren. Der innen liegende Kolben (3) wird durch wechselseitiges Beaufschlagen des Zylindergehäuses (1) mit Druckluft bewegt, wobei die jeweils gegenüberliegende Druckkammer (6a bzw. 6b) entlüftet wird. Die äußeren Anschlüsse (5a und 5b) sind mit außen liegenden Drosselrückschlagventilen (14a bzw. 14b) verbunden, um eine Geschwindigkeitsregulierung der Kolbenbewegung während der Beaufschlagung der Druckkammer (6a oder 6b) mit Druckluft zu schaffen.
Weiterhin sind Dämpfungsmittel vorgesehen, um den Kolben (3) durch Zurückhalten von aus der betreffenden Druckkammer (6a oder 6b) abströmende Druckluft gedämpft zu stoppen.
Die Dämpfungsmittel umfassen – hier nur auf eine Seite des Pneumatikzylinders Bezug nehmend – eine Dämpfungsdüse (8a, siehe Detail A), die in einen um 90° abgewinkelten Kolbenkanal (9a) eingesetzt ist. Ein zusätzliches Filterelement (12a) ist zwischen der Dämpfungsdüse (8a) und der Druckkammer (6a) angeordnet, um eine Verschmutzung der Dämpfungsdüse (8a) zu vermeiden.
Gemäß 2 gelangt die während der Dämpfungsphase aus der Druckkammer (6a) ausströmende Druckluft nur durch die Dämpfungsdüse (8a) hindurch, wenn der Kolbendichtring (13a) den Luftauslass (7a) passiert hat, bevor der Kolben (3) seine Endanschlagsposition erreicht hat, wobei der Kolbenkanal (9a) die Druckkammer (6a) mit dem Luftauslass (7a) verbindet. Die Endanschlagsposition des Kolbens ist durch eine Elastomerdämpfungsscheibe (11a) definiert, die an der Innenseite (10) des Verschlussdeckels (2a) angebracht ist. Die Elastomerdämpfungsscheibe (11a) absorbiert besonders harte Endanschlagstöße des Kolbens (3). Während der Beaufschlagung der Druckkammer (6a) mit Druckluft führt der Kolbendichtring (13a) die Funktion eines Rückschlagventils aus, um den Kolben (3) zu beschleunigen.
Gemäß des in 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels sind die Dämpfungsdüsen (8a und 8b) direkt in den jeweiligen Kolbendichtring (13a bzw. 13b) durch Bildung von Durchgangsbohrungen integriert. Beide Kolbendichtringe (13a und 13b) sind hier als Lippendichtring ausgeführt, die außen radial am Kolben (3) angebracht sind, um eine Rückschlagventilfunktion zur Beschleunigung des Kolbens während des Beaufschlagungszyklusses mit Druckluft zu gewährleisten. Ein mittlerer Dichtring (15) zwischen beiden Kolbendichtringen (13a und 13b) ist hier als O-Ring ausgebildet.
Da der weitere Aufbau und die Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispiels im Wesentlichen identisch mit dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist, wird diesbezüglich hierauf verwiesen.
Die wesentlichen seitens des Kolbens angeordneten erfindungsgemäßen Dämpfungsmittel gestatten die Konstruktion kurz bauender Pneumatikzylinder mit dünnwandigen Zylindergehäusen.

1: Zylindergehäuse
2: Verschlussdeckel
3: Kolben
4: Kolbenstange
5: Anschluss
6: Druckkammer
7: Luftauslass
8: Dämpfungsdüse
9: Kolbenkanal
10: Seitenfläche
11: Elastomerdämpfungsscheibe
12: Filterelement
13: Kolbendichtring
14: Drosselrückschlagventil
15: Dichtring

Claims

Pneumatikzylinder mit einem Zylindergehäuse (1), in dem gleitend ein Kolben (3) geführt ist, zumindest ein Kolbendichtring (13a; 13b), der außen radial am Kolben (3) zur Definition zumindest einer Druckkammer (6a; 6b) angeordnet ist, zumindest ein Anschluss (5a; 5b) zum Zu- und Abführen von Druckluft zur bzw. von der durch den Kolben (3) gebildeten Druckkammer (6a; 6b), ein jeweils zugeordneter Luftanschluss (7a; 7b) für die zugeordnete Druckkammer (6a; 6b), der mit dem Anschluss (5a; 5b) korrespondiert und in einem axialen Dämpfungsabstand (X) zum Ende des Zylindergehäuses (1) angeordnet ist, sowie Dämpfungsmittel zum gedämpften Stoppen des Kolbens (3) durch Zurückhalten der aus der Druckkammer (6a; 6b) abzuführenden Druckluft, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmittel zumindest einen mit einer Dämpfungsdüse (8a; 8b) versehenen Kolbenkanal (9a; 9b) umfassen, der in dem Kolben (3) angeordnet ist, so dass die aus der Druckkammer (6a; 6b) abzuführende Druckluft nur durch die Dämpfungsdüse (8a; 8b) strömt, wenn der Kolbendichtring (13a; 13b) auf der Abluftseite kurz vor Erreichen der Endlage des Kolbens (3) den zugeordneten Luftauslass (7a; 7b) passiert hat, wobei der Kolbenkanal (9a; 9b) die Druckkammer (6a; 6b) mit dem Luftauslass (7a; 7b) verbindet.
Pneumatikzylinder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Elastomerdämpfungsscheibe (11a; 11b) an der Innenseite (10) des Verschlussdeckels (2a; 2b) des Zylindergehäuses (1) angeordnet ist, um harte Endanschlagstöße zu absorbieren.
Pneumatikzylinder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Anschluss (5a; 5b) mit einem außerhalb angeordneten Drosselrückschlagventil (14a; 14b) zur Geschwindigkeitsregulierung der Kolbenbewegung verbunden ist.
Pneumatikzylinder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filterelement (12a; 12b) zwischen der Dämpfungsdüse (8a; 8b) und der Druckkammer (6a; 6b) angeordnet ist, um eine Verschmutzung der Dämpfungsdüse (8a; 8b) zu vermeiden.
Pneumatikzylinder gemäß Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsdüse (8a; 8b) und/oder das Filterelement (12a; 12b) auswechselbar innerhalb des Kolbenkanals (9a; 9b) angebracht ist/sind.
Pneumatikzylinder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kolbendichtring (13a; 13b) nach Art eines Rückschlagventils ausgebildet ist, um eine Beschleunigung des Kolbens (3) bei Beaufschlagung der Druckkammer (6a; 6b) mit Druckluft zu gewährleisten.
Pneumatikzylinder gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Dämpfungsdüse (8a; 8b) direkt in den Kolbendichtring (13a; 13b) durch Bildung mindestens eines Durchbruches durch den Kolbendichtring (13a; 13b) integriert ist.
Pneumatikzylinder gemäß Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein nach Art eines O-Rings geformter mittlerer Dichtring (15) zwischen beiden Kolbendichtringen (13a; 13b) am Kolben (3) angeordnet ist.
Pneumatikzylinder gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine feste oder einstellbare Drossel zur Bildung der mindestens einen Dämpfungsdüse (8a; 8b) vorgesehen ist.