DE112017004750T5

DE112017004750T5 - Fluiddruckzylinder

Info

Publication number: DE112017004750T5
Application number: DE112017004750.1T
Authority: DE
Inventors: Youji Takakuwa; Hiroyuki Asahara; Kengo Monden; Aki Iwamoto; Naoki Shinjo; Kazutaka Someya; Akihiro Kazama
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2017-09-04
Publication date: 2019-06-27
Also published as: CN109790859A; JP6673551B2; MX2019003203A; TW201816287A; JP2018054118A; TWI641761B; RU2732972C1; CN109790859B; KR20190050844A; RU2732972C9; US10883523B2; BR112019005497A2; KR102175356B1; US20200025224A1

Abstract

Ein Zylindergrundkörper (36, 136) eines Fluiddruckzylinders (20, 20A, 120, 120, 120A) umfasst: ein Umschaltventil (24, 124), ein Rückschlagventil (30, 130), einen Strömungsweg (60, 62, 64, 68, 80), der eine Hochdruck-Luftzufuhrquelle (26, 126) mit einer kopfseitigen Zylinderkammer (42, 142) und einen Auslassanschluss (28, 128) mit einer stangenseitigen Zylinderkammer (44, 144) verbindet, wenn sich das Umschaltventil (24, 124) in einer zweiten Position befindet, und einen Strömungsweg (60, 62, 64, 72, 74, 80), der die kopfseitige Zylinderkammer (42, 142) mit der stangenseitigen Zylinderkammer (44, 144) und dem Auslassanschluss (28, 128) verbindet, wenn sich das Umschaltventil (24, 124) in der ersten Position befindet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fluiddruckzylinder. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen doppelt wirkenden Fluiddruckzylinder, der in einem Rückstellvorgang eines Kolbens, der sich im Inneren des Fluiddruckzylinders hin und her bewegt, keine große Antriebskraft benötigt.
Beschreibung des Stands der Technik
Konventionell ist eine Antriebsvorrichtung eines luftdruckgetriebenen, doppelt wirkenden Stellglieds bekannt, die in einem Prozess der Vorwärtsbewegungsvorgang (Antriebsvorgang) eine größere Leistung benötigt und in einem Rückstellvorgang keine größere Leistung benötigt (siehe Japanische Gebrauchsmuster-Publikation Nr. 2-002965).
Wie in 16 dargestellt ist, gewinnt diese Stellglied-Antriebsvorrichtung während der Rückstellung eines Kolbens 2 einen Teil der aus einer antriebsseitigen Druckkammer 3 einer doppelt wirkenden Zylindervorrichtung 1 abgeleiteten Abluft zurück, sammelt diese in einem Speicher 12 und nutzt den Teil der Abluft als Rückstellkraft der doppelt wirkenden Zylindervorrichtung 1. Im Einzelnen wird eine Hochdruckabluft in einer antriebsseitigen Druckkammer 3 über einen Rückgewinnungsanschluss 10b eines Rückgewinnungsventils 10 in dem Speicher 12 angesammelt, wenn ein Umschaltventil 5 in einen in 16 dargestellten Zustand umgeschaltet ist. Wenn ein Abluftdruck sinkt und eine Differenz zwischen dem Abluftdruck und einem Speicherdruck klein wird, wird Restluft in der antriebseitigen Druckkammer 3 aus einem Auslassanschluss 10c des Rückgewinnungsventils 10 in die Atmosphäre abgegeben, und die angesammelte Druckluft des Speichers 12 strömt gleichzeitig in eine rückstellseitige Druckkammer 4.
Stand der Technik
Die Stellglied-Antriebsvorrichtung weist das Problem auf, dass, auch wenn das Umschaltventil 5 umschaltet ist, die Hochdruckluft in der antriebsseitigen Druckkammer 3 nicht in die Atmosphäre abgegeben wird, bis die Differenz zwischen dem Abluftdruck und dem Speicherdruck klein wird, und dass es daher Zeit braucht, einen für die Rückstellung der doppelt wirkenden Zylindervorrichtung 1 erforderlichen Schub zu erreichen. Das Rückgewinnungsventil 10 muss eine komplexe Struktur aufweisen, welche einen Einlassanschluss 10a des Rückgewinnungsventils 10 mit dem Rückgewinnungsanschluss 10b verbindet, solange eine Druckdifferenz zwischen dem Abluftdruck und dem Speicherdruck groß ist, und welche die Einlassanschluss 10a mit dem Auslassanschluss 10c verbindet, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Abluftdruck und dem Speicherdruck klein ist. Es besteht ein Problem, dass zusätzlich ein Rohr benötigt wird, der das Rückgewinnungsventil 10 etc. mit der doppelt wirkenden Zylindervorrichtung 1 verbindet, und dass die Antriebsvorrichtung des Stellglieds als Ganzes groß wird.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung eines solchen Problems gemacht. Eine ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Energie zu sparen, indem ein Kolben eines Fluiddruckzylinders unter Wiederverwendung eines Auslassdrucks zurückgestellt wird, und eine erforderliche Rückstellzeit des Kolbens so stark wie möglich zu reduzieren. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltung zum Hin- und Herbewegen des Kolbens des Fluiddruckzylinders durch Wiederverwendung eines Auslassdrucks zu vereinfachen und den Fluiddruckzylinder einschließlich der Schaltung zu miniaturisieren.
Ein Fluiddruckzylinder gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein doppelt wirkender Fluiddruckzylinder, der einen Zylindergrundkörper umfasst, in welchem sich ein Kolben hin- und her bewegt, und der Zylindergrundkörper umfasst ein Umschaltventil, das eine Zylinderkammer mit einem Auslassanschluss, ein Zufuhrrückschlagventil, einen Strömungsweg, der eine Zylinderkammer mit einer Fluidzufuhrquelle verbindet und die andere Zylinderkammer zumindest mit dem Auslassanschluss verbindet, wenn sich das Umschaltventil in einer ersten Position befindet, und einen Strömungsweg, der die eine Zylinderkammer mit der anderen Zylinderkammer über das Zufuhrrückschlagventil verbindet und die eine Zylinderkammer zumindest mit dem Auslassanschluss verbindet, wenn sich das Umschaltventil in einer zweiten Position befindet.
Der Fluiddruckzylinder führt in der einen Zylinderkammer angesammeltes Fluid der anderen Zylinderkammer zu und leitet gleichzeitig Fluid nach außen ab. Als Folge davon steigt der Fluiddruck in der anderen Zylinderkammer und der Fluiddruck in der einen Zylinderkammer sinkt schnell. Somit ist es möglich, eine für das Rückstellen des Kolbens erforderliche Zeit so weit wie möglich zu verkürzen. Das Rückgewinnungsventil mit einer komplizierten Struktur ist nicht erforderlich und es muss lediglich eine einfache Schaltungskonfiguration verwendet werden, wie beispielsweise das Zufuhrrückschlagventil. Somit ist es möglich, eine Schaltung zu vereinfachen, der den Kolben des Fluiddruckzylinders zurückstellt. Ein Zylindergrundkörper ist mit dem Umschaltventil, welches den Auslassanschluss umfasst, dem Zufuhrrückschlagventil und dem Strömungsweg ausgestattet, der den Kolben des Fluiddruckzylinders durch Wiederverwendung eines Auslassdrucks zurückstellt. Dadurch ist es möglich, den Zylindergrundkörper und das Umschaltventil integral auszubilden und den Fluiddruckzylinder beträchtlich zu miniaturisieren.
Im Fluiddruckzylinder ist das Umschaltventil bevorzugt an einem oberen Teil der einen Zylinderkammer und an den Seiten der einen Zylinderkammer und der anderen Zylinderkammer angeordnet. Somit ist es möglich, den Strömungsweg zu verkürzen, welcher das Umschaltventil mit der einen Zylinderkammer verbindet. Somit ist es möglich, den Fluiddruckzylinder weiter zu miniaturisieren.
In dem Fluiddruckzylinder ist bevorzugt ein erster Tank zwischen der anderen Zylinderkammer und dem Umschaltventil angeordnet. Somit ist es möglich, das aus der einen Zylinderkammer ausgelassene Fluid in dem ersten Tank, der mit der anderen Zylinderkammer verbunden ist, zu sammeln und im Rückstellschritt so weit wie möglich zu verhindern, dass ein Druck des Fluids absinkt, wenn das Volumen der anderen Zylinderkammer zunimmt.
In dem Fluiddruckzylinder ist der erste Tank bevorzugt an einem oberen Teil der anderen Zylinderkammer oder an einem unteren Teil des Umschaltventils angeordnet. Dadurch ist es möglich, den Strömungsweg zwischen dem ersten Tank und der anderen Zylinderkammer zu verkürzen und den Fluiddruckzylinder weiter zu miniaturisieren.
Ein Volumen des ersten Tanks entspricht näherungsweise der Hälfte eines Maximalwerts eines veränderlichen Volumens der einen Zylinderkammer. Somit ist es möglich, ein angemessenes Gleichgewicht zwischen einer Funktion der schnellen Erhöhung des Flüssigkeitsdrucks der anderen Zylinderkammer, wenn das in der einen Zylinderkammer angesammelte Fluid der anderen Zylinderkammer zugeführt wird, und einer Funktion der Verhinderung des Absinkens des Drucks des Fluids, wenn das Volumen der anderen Zylinderkammer zunimmt, herzustellen.
Bevorzugt ist in dem Fluiddruckzylinder an dem Auslassanschluss ein Drosselventil angeordnet. Somit ist es möglich, die Menge des nach außen ausgelassenen Fluids zu begrenzen und hinreichend Energie zu sparen.
Bevorzug ist das Drosselventil ist ein variables Drosselventil. Somit ist es möglich, ein Verhältnis der Menge des in der einen Zylinderkammer angesammelten und der anderen Zylinderkammer zugeführten Fluids zu der Menge des in der einen Zylinderkammer angesammelten und nach außen ausgelassenen Fluids einzustellen.
Bevorzugt ist in dem Fluiddruckzylinder ein zweiter Tank vorgesehen, der parallel zu dem Drosselventil mit dem Umschaltventil verbunden ist. In diesem Fall steht die andere Zylinderkammer über das Umschaltventil mit dem Drosselventil und dem zweiten Tank in Verbindung, wenn sich das Umschaltventil in der ersten Position befindet. Wenn sich das Umschaltventil in der zweiten Position befindet, steht die eine Zylinderkammer über das Zufuhrrückschlagventil und das Umschaltventil mit der anderen Zylinderkammer in Verbindung und sie steht über das Umschaltventil mit dem Drosselventil und dem zweiten Tank in Verbindung.
Somit wird ein Teil des aus der Drucköffnung nach außen abgeleiteten Fluids in dem zweiten Tank angesammelt, so dass es möglich ist, die Menge verbrauchten Fluids um die Menge des im zweiten Tank angesammelten Fluids zu reduzieren. Also Folge davon ist es möglich, zusätzlich Energie des Fluiddruckzylinders zu sparen.
In diesem Fall kann durch Anordnen eines Druckspeicher-Rückschlagventils zwischen dem Umschaltventil und dem zweiten Tank verhindert werden, dass das einmal im zweiten Tank angesammelte Fluid über den Auslassanschluss nach außen ausgelassen wird.
Bevorzugt ist ferner ein erster Fluidzufuhrmechanismus vorgesehen und dazu eingerichtet, ein im zweiten Tank angesammeltes Fluid der anderen Zylinderkammer zuzuführen, wenn sich das Umschaltventil in der zweiten Position befindet und wenn ein Teil eines in der einen Zylinderkammer angesammelten Fluids von der einen Zylinderkammer über das Zufuhrrückschlagventil und das Umschaltventil der anderen Zylinderkammer zugeführt wird.
Wenn sich also der Druck des von der einen Zylinderkammer in die andere Zylinderkammer zugeführten Fluids verringert, wird das Fluid aus dem zweiten Tank über den ersten Fluidzufuhrmechanismus der anderen Zylinderkammer zugeführt. Als Folge davon ist es möglich, den Fluiddruckzylinder zuverlässig und effizient zurückzustellen.
Ferner ist ein zweiter Fluidzufuhrmechanismus vorgesehen und dazu eingerichtet, das Fluid von der Fluidzufuhrquelle dem zweiten Tank zuzuführen. Somit ist es möglich, den Druck des Fluids vom Absinken zu bewahren, wenn das im zweiten Tank angesammelte Fluid genutzt wird.
Bevorzugt sind in dem Fluiddruckzylinder der erste Tank und der zweite Tank parallel innerhalb des Zylindergrundkörpers angeordnet, das Umschaltventil ist an einem oberen Abschnitt des ersten Tanks angeordnet, und ein luftbetätigtes Ventil ist an einem oberen Abschnitt des zweiten Tanks angeordnet und bildet den zweiten Fluidzufuhrmechanismus, und der Kolben, die eine Zylinderkammer und die andere Zylinderkammer sind zwischen dem Umschaltventil und dem luftbetätigten Ventil angeordnet.
Der erste Tank und das Umschaltventil, der zweite Tank und das luftbetätigte Ventil sind bezüglich des Kolbens, der einen Zylinderkammer und der anderen Zylinderkammer symmetrisch angeordnet, so dass der Fluiddruckzylinder einfach herzustellen ist. Als Folge davon ist es möglich, die Herstellungskosten zu reduzieren und gleichzeitig die Produktivität des Fluiddruckzylinders zu verbessern.
In diesem Fall hat der Kolben entlang der vertikalen Richtung eine elliptische Gestalt, so dass es möglich ist, den Kolben vom Rotieren in einer Umfangsrichtung abzuhalten.
Ein Magnet ist an einem oberen Teil des Kolbens angeordnet und Magnetsensoren, die dazu eingerichtet sind, den Magnetismus des Magneten zu erfassen, sind jeweils nahe der einen Zylinderkammer und der anderen Zylinderkammer im Zylindergrundkörper angeordnet. Somit ist es möglich, in einfacher Weise einen Kolbenpositionserfassungsmechanismus im Fluiddruckzylinder symmetrischen Aufbaus bereitzustellen.
Der erste Tank und der zweite Tank haben näherungsweise das gleiche Volumen, so dass es möglich ist, die Produktivität des Fluiddruckzylinders weiter zu verbessern und die Herstellungskosten des Fluiddruckzylinders weiter zu senken.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als veranschaulichendes Beispiel gezeigt ist, deutlicher hervorgehen.
Figurenliste

1 ist ein Schaltungsschema eines Fluiddruckzylinders gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Schaltungsschema in einem Fall, in dem sich ein in 1 dargestelltes Umschaltventil in einer anderen Position befindet;
3 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis zeigt, das durch Messung eines Luftdrucks jeder Zylinderkammer und eines Kolbenhubs während eines Betriebs des Fluiddruckzylinders in 1 erhalten wurde;
4 ist ein Schaltungsschema des Fluiddruckzylinders gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine perspektivische Ansicht, die den Fluiddruckzylinder gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von einer Kopfseite aus betrachtet zeigt;
6 ist eine Querschnittsansicht entlang einer VI-VI-Linie in 5;
7 ist eine perspektivische teilweise Explosionsdarstellung des in 5 dargestellten Fluiddruckzylinders;
8 ist eine Querschnittsansicht entlang einer VIII-VIII-Linie in 5;
9 ist eine Querschnittsansicht entlang einer VI-VI-Leitung in 5, wenn sich das Umschaltventil in einer anderen Position befindet;
10 ist eine Querschnittsansicht entlang einer VIII-VIII-Leitung in 5, wenn sich das Umschaltventil in einer anderen Position befindet;
11 ist ein Schaltungsschema eines Fluiddruckzylinders gemäß einer Modifikation;
12 ist eine perspektivische Ansicht, die den Fluiddruckzylinder gemäß der Modifikation von einer Seite der Kolbenstangen aus betrachtet zeigt;
13 ist eine perspektivische Ansicht, die den Fluiddruckzylinder gemäß der Modifikation von der Kopfseite aus betrachtet zeigt;
14 ist eine perspektivische Ansicht, die den Fluiddruckzylinder in 12 bei geöffneter Zylinderkammer darstellt;
15 ist eine perspektivische Ansicht, die den Fluiddruckzylinder in 13 bei geöffneter Zylinderkammer darstellt; und
16 ist ein Schaltungsschema einer Antriebsvorrichtung für ein Stellglied gemäß dem Stand der Technik.

Beschreibung der Ausführungsformen
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Fluiddruckzylinders gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Aufbau der vorliegenden Ausführungsform
Wie in 1 dargestellt, wird ein Fluiddruckzylinder 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für einen doppelt wirkenden Luftzylinder genutzt. Der Fluiddruckzylinder 20 umfasst ein Umschaltventil 24, eine Hochdruck-Luftzufuhrquelle (Fluidzufuhrquelle) 26, einen Auslassanschluss (Austrittsanschluss) 28, ein Rückschlagventil (Zufuhrrückschlagventil) 30, ein Drosselventil (erstes Drosselventil) 32, einen Lufttank (erster Tank) 34 und vorgegebene Rohre, welche die obigen Komponenten fluidisch verbinden.
Der Fluiddruckzylinder 20 umfasst einen Kolben 38, der hin und her bewegbar in einem Zylindergrundkörper 36 angeordnet ist. Eine Kolbenstange 40 umfasst einen Endabschnitt, der mit dem Kolben 38 gekoppelt ist, und einen anderen Endabschnitt, der aus dem Zylindergrundkörper 36 nach außen ausfahren kann. Der hier dargestellte Fluiddruckzylinder 20 führt Arbeiten wie die Positionierung eines Werkstücks (nicht dargestellt) aus, wenn die Kolbenstange 40 herausgedrückt wird (sich vorwärts bewegt), und führt keine Arbeiten aus, wenn die Kolbenstange 40 einfährt (zurückfährt). Der Zylindergrundkörper 36 umfasst zwei durch den Kolben 38 getrennte Zylinderkammern, d.h. eine kopfseitige Zylinderkammer (eine Zylinderkammer) 42, die sich auf einer der Kolbenstange 40 gegenüberliegenden Seite befindet, und eine stangenseitige Zylinderkammer (andere Zylinderkammer) 44, die sich auf der gleichen Seite wie die Kolbenstange 40 befindet.
Das Umschaltventil 24 ist als Magnetventil ausgeführt, das einen ersten Anschluss 46 bis einen fünften Anschluss 54 umfasst und zwischen einer in 2 gezeigten, ersten Position und einer in 1 gezeigten, zweiten Position umschaltbar ist. Vorerst wird der Zustand, wenn sich der Kolben 38 im Zylindergrundkörper 36 in einem Zustand von 1 befindet, als eine zweite Position bezeichnet, und ein Zustand in 2 wird als eine erste Position bezeichnet. Der erste Anschluss 46 ist über ein Rohr mit der kopfseitigen Zylinderkammer 42 verbunden und mit einer stromaufwärtigen Seite des Rückschlagventils 30 verbunden. Der zweite Anschluss 48 ist über ein Rohr über den Lufttank 34 mit der stangenseitigen Zylinderkammer 44 verbunden. Der dritte Anschluss 50 ist über ein Rohr mit der Hochdruck-Luftzufuhrquelle 26 verbunden. Der vierte Anschluss 52 ist über ein Rohr über das Drosselventil 32 mit der Auslassanschluss 28 verbunden. Der fünfte Anschluss 54 ist über ein Rohr mit einer stromabwärtigen Seite des Rückschlagventils 30 verbunden.
Wenn sich das Umschaltventil 24 wie in 1 dargestellt in der zweiten Position befindet, sind der erste Anschluss 46 und der vierte Anschluss 52 verbunden, und der zweite Anschluss 48 und der fünfte Anschluss 54 sind verbunden. Wenn sich das Umschaltventil 24 wie in 2 dargestellt in der ersten Position befindet, sind der erste Anschluss 46 und der dritte Anschluss 50 sowie der zweite Anschluss 48 und der vierte Anschluss 52 verbunden. Das Umschaltventil 24 wird durch eine Federvorspannkraft in der zweiten Position gehalten, solange keine elektrische Energie bereitgestellt wird, und es wird von der zweiten Position in die erste Position umgeschaltet, wenn elektrische Energie bereitgestellt wird. Elektrische Energie wird in Bezug auf das Umschaltventil 24 bereitgestellt oder nicht, wenn eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) (nicht dargestellt), die eine übergeordnete Vorrichtung ist, einen Energieversorgungsbefehl (Energieversorgung) oder einen Energieversorgungsstoppbefehl (keine Energieversorgung) an das Umschaltventil 24 ausgibt.
Wenn sich das Umschaltventil 24 in der zweiten Position befindet, erlaubt das Rückschlagventil 30 einen Luftstrom von der kopfseitigen Zylinderkammer 42 hin zu der stangenseitigen Zylinderkammer 44 und blockiert den Luftstrom von der stangenseitigen Zylinderkammer 44 hin zu der kopfseitigen Zylinderkammer 42.
Das Drosselventil 32 ist so angeordnet, dass es die aus dem Auslassanschluss 28 ausgelassene Luftmenge begrenzt, und es ist als variables Drosselventil ausgeführt, das einen Wegbereich ändern kann, um die Menge der auszulassenden Luft einzustellen.
Der Lufttank 34 ist dazu eingerichtet, die von der kopfseitigen Zylinderkammer 42 zur stangenseitigen Zylinderkammer 44 zugeführte Luft zu speichern. Das Vorhandensein des Lufttanks 34 entspricht einer Vergrößerung des Volumens der stangenseitigen Zylinderkammer 44. Das Volumen des Lufttanks 34 wird beispielsweise auf die Hälfte (näherungsweise die Hälfte ist ausreichend) desjenigen Volumens der kopfseitigen Zylinderkammer 42 festgelegt, wenn die Kolbenstange 40 in eine maximale Position herausfährt (auf näherungsweise die Hälfte des Maximalwerts des veränderlichen Volumens der kopfseitigen Zylinderkammer 42).
Betrieb der vorliegenden Ausführungsform
Der Fluiddruckzylinder 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist im Wesentlichen wie oben beschrieben konfiguriert. Eine Funktionsweise (ein Betrieb) des Fluiddruckzylinders 20 wird im Folgenden anhand der 1 und 2 beschrieben. Ein Zustand, wie er in 1 dargestellt, in welchem die Kolbenstange 40 am weitesten eingefahren ist, wird als Anfangszustand festgelegt.
Wenn das Umschaltventil 24 mit elektrischer Energie versorgt wird und das Umschaltventil 24 in diesem Ausgangszustand von der zweiten Position (siehe 1) in die erste Position (siehe 2) umgeschaltet wird, wird ein Antriebsvorgang durchgeführt. Der Antriebsvorgang umfasst das Zuführen des Hochdruckes von der Hochdruck-Luftzufuhrquelle 26 zur kopfseitigen Zylinderkammer 42 und das Auslassen von Luft der stangenseitigen Zylinderkammer 44 zu dem Auslassanschluss 28 über das Drosselventil 32. Während des Antriebsvorgangs fährt die Kolbenstange 40 bis zu der in 2 dargestellten, maximalen Position heraus und wird durch eine große Schubkraft in der maximalen Position gehalten.
Wenn die Kolbenstange 40 ausfährt und einen Vorgang wie die Positionierung des Werkstücks durchführt und dann die elektrische Energieversorgung des Umschaltventils 24 gestoppt wird, wird das Umschaltventil 24 von der ersten Position in die zweite Position umgeschaltet und der Rückstellvorgang durchgeführt. Im Rückstellvorgang wird ein Teil der in der kopfseitigen Zylinderkammer 42 angesammelten Luft über das Rückschlagventil 30 hin zu der stangenseitigen Zylinderkammer 44 geleitet. Gleichzeitig wird der andere Teil der in der kopfseitigen Zylinderkammer 42 angesammelten Luft über das Drosselventil 32 aus der dem Auslassanschluss 28 ausgelassen. In diesem Fall wird die zur stangenseitigen Zylinderkammer 44 zugeführte Luft hauptsächlich im Lufttank 34 gesammelt. Denn bevor die Kolbenstange 40 beginnt, einzufahren, nimmt der Lufttank 34 das größte Volumen innerhalb des Raums ein, der sich zwischen dem Rückschlagventil 30 und der stangenseitigen Zylinderkammer 44 erstreckt, in welchem Luft vorhanden sein kann, wobei dieser Raum die stangenseitige Zylinderkammer 44 und die Rohre umfasst. Wenn anschließend der Luftdruck der kopfseitigen Zylinderkammer 42 absinkt, steigt der Luftdruck der stangenseitigen Zylinderkammer 44, und wenn der Luftdruck der stangenseitigen Zylinderkammer 44 um einen vorbestimmten Wert größer wird als der Luftdruck der kopfseitigen Zylinderkammer 42, beginnt sich die Kolbenstange 40, einzuziehen. Weiterhin kehrt die Kolbenstange 40 in den Ausgangszustand zurück, in dem die Kolbenstange 40 am weitesten eingefahren ist.
3 stellt ein Ergebnis dar, das durch Messen eines Luftdrucks P1 der kopfseitigen Zylinderkammer 42, eines Luftdrucks P2 der stangenseitigen Zylinderkammer 44 und eines Kolbenhubs in einer Reihe der obigen Operationen erhalten wurde. Ein Funktionsprinzip (der Antriebsvorgang und der Rücklaufvorgang) der Fluiddruckzylinders 20 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 3 ausführlich beschrieben. In 3 zeigt ein Nullpunkt des Luftdrucks an, dass der Luftdruck gleich einem Atmosphärendruck ist, und ein Nullpunkt des Kolbenhubs zeigt an, dass sich die Kolbenstange 40 in einer Position befindet, in der die Kolbenstange 40 am weitesten eingefahren ist.
Zunächst wird der Antriebsvorgang nach dem Funktionsprinzip des Fluiddruckzylinders 20 beschrieben. Zu einem Zeitpunkt t1, zu dem der Energieversorgungsbefehl an das Umschaltventil 24 ausgegeben wird, ist der Luftdruck P1 der kopfseitigen Zylinderkammer 42 gleich dem Atmosphärendruck und der Luftdruck P2 der stangenseitigen Zylinderkammer 44 ist geringfügig größer als der Atmosphärendruck.
Wenn der Energieversorgungsbefehl an das Umschaltventil 24 ausgegeben wird und dann das Umschaltventil 24 von der zweiten Position (siehe 1) in die erste Position (siehe 2) umgeschaltet wird, beginnt der Luftdruck P1 der kopfseitigen Zylinderkammer 42, anzusteigen. Zu einem Zeitpunkt t2 übersteigt der Luftdruck P1 der kopfseitigen Zylinderkammer 42 den Luftdruck P2 der stangenseitigen Zylinderkammer 44 um einen Betrag, der größer als ein Haftreibungswiderstand des Kolbens 38 ist, und die Kolbenstange 40 beginnt, sich in eine Herausdrück-Richtung zu bewegen (linke Richtung in 2). Anschließend, zu einem Zeitpunkt t3, ragt die Kolbenstange 40 am weitesten heraus. Der Luftdruck P1 der kopfseitigen Zylinderkammer 42 steigt weiter an und wird dann zu einem festgelegten Druck, und der Luftdruck P2 der stangenseitigen Zylinderkammer 44 sinkt und wird gleich dem Atmosphärendruck. Ein vorübergehendes Absinken des Luftdrucks P1 der kopfseitigen Zylinderkammer 42 und eine vorübergehende Erhöhung des Luftdrucks P2 der stangenseitigen Zylinderkammer 44 zwischen der Zeit t2 und der Zeit t3 werden durch eine Erhöhung eines Volumens der kopfseitigen Zylinderkammer 42 und eine Verringerung eines Volumens der stangenseitigen Zylinderkammer 44 verursacht.
Als nächstes wird der Rückstellvorgang nach dem Funktionsprinzip des Fluiddruckzylinders 20 beschrieben. Wenn zu einem Zeitpunkt t4 der Energieversorgungsstoppbefehl an das Umschaltventil 24 ausgegeben wird und das Umschaltventil 24 von der ersten Position in die zweite Position umgeschaltet wird, beginnt der Luftdruck P1 der kopfseitigen Zylinderkammer 42, zu sinken, und der Luftdruck P2 der stangenseitigen Zylinderkammer 44 beginnt, anzusteigen. Wenn der Luftdruck P1 der kopfseitigen Zylinderkammer 42 gleich dem Luftdruck P2 der stangenseitigen Zylinderkammer 44 wird, bewirkt das Rückschlagventil 30 das Stoppen der Zuführung der Luft der kopfseitigen Zylinderkammer 42 zu der stangenseitigen Zylinderkammer 44, wodurch der Anstieg des Luftdrucks P2 der stangenseitigen Zylinderkammer 44 zum Stillstand kommt.
Währenddessen sich das Absinken des Luftdrucks P1 der kopfseitigen Zylinderkammer 42 fort, und zu einem Zeitpunkt t5 übersteigt der Luftdruck P2 der stangenseitigen Zylinderkammer 44 den Luftdruck P1 der kopfseitigen Zylinderkammer 42 um einen Betrag, der größer ist als der Haftreibungswiderstand des Kolbens 38, und die Kolbenstange 40 beginnt, sich in einer Zugrichtung zu bewegen (eine rechte Richtung in 1).
Da sich die Kolbenstange 40 in der Zugrichtung bewegt, steigt das Volumen der stangenseitigen Zylinderkammer 44 an. Dadurch sinkt der Luftdruck P2 der stangenseitigen Zylinderkammer 44. Der Luftdruck P1 der kopfseitigen Zylinderkammer 42 sinkt jedoch mit größerer Geschwindigkeit. Daher übersteigt der Luftdruck P2 der stangenseitigen Zylinderkammer 44 weiterhin den Luftdruck P1 der kopfseitigen Zylinderkammer 42. Eine Gleitreibung des Kolbens 38, die einmal begonnen hat, sich zu bewegen, ist kleiner als ein Haftreibungswiderstand des Kolbens 38. Dadurch bewegt sich die Kolbenstange 40 gleichmäßig in die Zugrichtung. Beim Einfahren der Kolbenstange 40 wird der Luftdruck im Lufttank 34 natürlich auch als Zugkraft (Presskraft) in Bezug auf den Kolben 38 genutzt.
Zu einem Zeitpunkt t6 kehrt die Kolbenstange 40 in einen Zustand zurück, in dem die Kolbenstange 40 am weitesten eingefahren ist. Zu diesem Zeitpunkt ist der Luftdruck P1 der kopfseitigen Zylinderkammer 42 gleich dem Atmosphärendruck und der Luftdruck P2 der stangenseitigen Zylinderkammer 44 ist geringfügig größer als der Atmosphärendruck. Dieser Zustand bleibt erhalten, bis ein nächster Energieversorgungsbefehl an das Umschaltventil 24 ausgegeben wird.
In dem Fluiddruckzylinder 20 ist das Drosselventil 32 dazu eingerichtet, aus dem Auslassanschluss 28 ausgelassene Luftmenge zu begrenzen. Das Drosselventil 32 ist jedoch keine unverzichtbare Komponente.
Der Lufttank 34 ist in dem Fluiddruckzylinder 20 angeordnet. Wie in 4 dargestellt, kann jedoch das Volumen eines Rohres 45, das sich von dem Rückschlagventil 30 über das Umschaltventil 24 zu der stangenseitigen Zylinderkammer 44 erstreckt, größer gemacht werden als das Volumen anderer Rohre im Fluiddruckzylinder 20. Somit ist es möglich, das Volumen in dem Rohr, das sich von dem Rückschlagventil 30 über das Umschaltventil 24 bis zu einem Eingang der stangenseitigen Zylinderkammer 44 erstreckt, ausreichend sicherzustellen, den Lufttank 34 wegzulassen und in einfacher Weise den gleichen Effekt zu erzielen wie in einem Fall, bei dem der Lufttank 34 vorgesehen ist.
Spezifische Struktur der gegenwärtigen Ausführungsform
Ein Grundaufbau und die Funktionsweise des Fluiddruckzylinders 20 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind wie oben beschrieben. Unterschiedliche Bauweisen können für die spezifische Anordnung der verschiedenen Komponenten genutzt werden.
Als Beispiel für eine Bauweise zeigen 5 bis 10 einen Fluiddruckzylinder 120, in dem ein Zylindergrundkörper und ein Umschaltventil integral ausgebildet sind.
Denjenigen Komponenten des Fluiddruckzylinders 120, die den Komponenten des Fluiddruckzylinders 20 gleich sind, werden Referenznummern zugeordnet, die 100 zuzüglich der Referenznummer der jeweiligen Komponente des Fluiddruckzylinders 20 sind, und sie werden nicht im Detail beschrieben.
5 ist eine perspektivische Ansicht, die den Fluiddruckzylinder 120 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von einer Kopfseite aus betrachtet darstellt. Wie in 5 dargestellt ist, umfasst der Fluiddruckzylinder 120 einen Zylindergrundkörper 136, ein an einem oberen Abschnitt des Zylindergrundkörpers 136 angeordnetes Umschaltventil 124 und ein Drosselventil (variables Drosselventil) 132, welches an einer Seitenfläche des Umschaltventils 124 in einer hervorstehenden Weise angeordnet ist.
6 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie VI-VI in 5. Wie in 6 dargestellt, umfasst der Zylindergrundkörper 136 einen Kolben 138, der innerhalb des Zylindergrundkörpers 136 hin- und her bewegbar angeordnet ist, und eine Kolbenstange 140 mit einem Endabschnitt, der mit dem Kolben 138 gekoppelt ist, und mit einem anderen Endabschnitt, der sich von dem Zylindergrundkörper 136 nach außen erstreckt.
Der Zylindergrundkörper 136 umfasst zwei durch den Kolben 138 geteilte Zylinderkammern, d.h. eine kopfseitige Zylinderkammer (eine Zylinderkammer) 142 und eine stangenseitige Zylinderkammer (andere Zylinderkammer) 144. Die kopfseitige Zylinderkammer 142 und die stangenseitige Zylinderkammer 144 sind jeweils durch Abdeckelemente 55, 56 verschlossen und die Abdeckelemente 55, 56 sind jeweils durch einen Sicherungsring 57 befestigt. Die kopfseitige Zylinderkammer 142 ist über einen Strömungsweg 60 mit einem ersten Anschluss 146 des Umschaltventils 124 (später beschrieben) verbunden.
Der Zylindergrundkörper 136 umfasst einen Lufttank 134, der an einem oberen Abschnitt der stangenseitigen Zylinderkammer 144 angeordnet ist. Der Lufttank 134 wird durch ein Abdeckelement 58 geschlossen, und das Abdeckelement 58 ist durch einen Sicherungsring 59 fixiert. Der Lufttank 134 ist über einen Strömungsweg 62 mit der stangenseitigen Zylinderkammer 144 verbunden und er ist über einen Strömungsweg 64 mit einem zweiten Anschluss 148 des Umschaltventils 124 (später beschrieben) verbunden.
Wie in 7 dargestellt, umfasst der Zylindergrundkörper 136 einen Hochdruck-Lufteinlassanschluss 66 auf einer Seitenfläche gegenüber derjenigen Seitenfläche, aus welcher die Kolbenstange 140 herausragt. Der Hochdruck-Lufteinlassanschluss 66 bezieht eine Hochdruckluft (Druckfluid) von einer Hochdruck-Luftzufuhrquelle (Hochdruck-Versorgungsquelle) 126, die nicht dargestellt ist. Der Hochdruck-Lufteinlassanschluss 66 ist über einen Strömungsweg 68 mit einem dritten Anschluss 150 des nachfolgend beschriebenen Umschaltventils 124 verbunden.
8 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie VIII-VIII in 5. Wie in 8 dargestellt, umfasst der Zylindergrundkörper 136 an einem oberen Abschnitt der kopfseitigen Zylinderkammer 142 einen kleinen Raum 70, in welchem ein Rückschlagventil 130 untergebracht ist. Der kleine Raum 70 wird durch ein Abdeckelement 71 geschlossen. Der kleine Raum 70 über den Strömungsweg 72 mit dem Strömungsweg 60 verbunden und er ist über einen Strömungsweg 74 mit einem fünften Anschluss 154 des nachfolgend beschriebenen Umschaltventils 124 verbunden.
Das Rückschlagventil 130 ermöglicht einen Luftstrom von der kopfseitigen Zylinderkammer 142 zum fünften Anschluss 154 des Umschaltventils 124 und blockiert den Luftstrom vom fünften Anschluss 154 des Umschaltventils 124 zum kopfseitigen Zylinderraum 142.
Das Umschaltventil 124 ist als Magnetventil ausgeführt, das den ersten Anschluss 146 bis zum fünften Anschluss 154 umfasst und zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position umgeschaltet werden kann, wenn ein Schieberventil 76 in einer zylindrischen Hülse 75 in axialer Richtung verschoben wird. Wenn sich das Schieberventil 76 in einem Zustand von 8 befindet, wird der Zustand vorläufig als erste Position bezeichnet und ein Zustand in 10 wird als zweite Position bezeichnet. Beide Enden der Hülse 75 werden durch Abdeckelemente 77 verschlossen, und die Abdeckelemente 77 sind durch Anschläge 78 fixiert.
Wie in 7 dargestellt ist, ist das Umschaltventil 124 mit einer Oberseite des Zylindergrundkörpers 136 verschraubt, wobei dazwischen eine Dichtung 79 eingefügt ist. Ein Auslassanschluss 128 öffnet sich in einer Seitenfläche auf einer Kopfseite des Umschaltventils 124 und das Drosselventil 132 ist an dem Auslassanschluss 128 angeordnet. Wie in 6 und 8 dargestellt ist, ist der Auslassanschluss 128 über einen innerhalb des Umschaltventils 124 angeordneten Strömungsweg 80 mit dem vierten Anschluss 152 des Umschaltventils 124 verbunden.
Der erste Anschluss 146 des Umschaltventils 124 ist über den Strömungsweg 60 mit der kopfseitigen Zylinderkammer 142 und über den Strömungsweg 60 und dem Strömungsweg 72 mit einer stromaufwärtigen Seite des Rückschlagventils 130 verbunden. Der zweite Anschluss 148 ist über den Strömungsweg 64 mit dem Lufttank 134 verbunden und über den Strömungsweg 62 mit der stangenseitigen Zylinderkammer 144 verbunden. Der dritte Anschluss 150 ist über den Strömungsweg 68 und den Hochdruck-Lufteinlassanschluss 66 an die Hochdruck-Luftzufuhrquelle 126 (nicht dargestellt) angeschlossen. Der vierte Anschluss 152 ist über den Strömungsweg 80 mit dem Auslassanschluss 128 verbunden. Der fünfte Anschluss 154 ist über den Strömungsweg 74 mit einer stromabwärtigen Seite des Rückschlagventils 130 verbunden.
Wenn sich das Umschaltventil 124 wie in 8 gezeigt in der ersten Position befindet, sind der erste Anschluss 146 und der dritte Anschluss 150 verbunden, und der zweite Anschluss 148 und der vierte Anschluss 152 sind verbunden. Das heißt, wenn das Umschaltventil 124 mit elektrischer Energie versorgt wird und das Umschaltventil 124 von der zweiten Position in die erste Position umgeschaltet wird, versorgt die Hochdruck-Luftzufuhrquelle 126 den Hochdruck-Lufteinlassanschluss 66 mit der Hochdruckluft. Anschließend wird die Hochdruckluft über den Strömungsweg 68, den dritten Anschluss 150, den ersten Anschluss 146 und den Strömungsweg 60 der kopfseitigen Zylinderkammer 142 zugeführt. In diesem Fall wird die Luft der stangenseitigen Zylinderkammer 144 über den Strömungsweg 62, den Lufttank 134, den Strömungsweg 64, den zweiten Anschluss 148, den Strömungsweg 80 und das Drosselventil 132 aus dem Auslassanschluss 128 ausgelassen.
Unterdessen sind, wenn sich das Umschaltventil 124 wie in 10 gezeigt in der zweiten Position befindet, der erste Anschluss 146 und der vierte Anschluss 152 verbunden sowie der zweite Anschluss 148 und der fünfte Anschluss 154 verbunden. Das heißt, wenn die Energieversorgung zu dem Umschaltventil 124 stoppt und das Umschaltventil 124 von der ersten Position in die zweite Position umgeschaltet wird, wird ein Teil der in der kopfseitigen Zylinderkammer 142 angesammelten Luft über den Strömungsweg 60, den Strömungsweg 72, das Rückschlagventil 130, den fünften Anschluss 154, den zweiten Anschluss 148, den Strömungsweg 64, den Lufttank 134 und den Strömungsweg 62 der stangenseitigen Zylinderkammer 144 zugeführt. Gleichzeitig wird der andere Teil der in der kopfseitigen Zylinderkammer 142 angesammelten Luft über den Strömungsweg 60, den ersten Anschluss 146, den vierten Anschluss 152, den Strömungsweg 80 und das Drosselventil 132 aus dem Auslassanschluss 128 ausgelassen.
Wirkung der gegenwärtigen Ausführungsform
Die Fluiddruckzylinder 20, 120 gemäß der vorliegenden Ausführungsform führen wie vorstehend beschrieben die in den kopfseitigen Zylinderkammern 42, 142 angesammelten Fluide hin zu den stangenseitigen Zylinderkammern 44, 144 und leiten gleichzeitig die Fluide nach außen ab. Dadurch steigt der Fluiddruck in den stangenseitigen Zylinderkammern 44, 144 und der Fluiddruck in den kopfseitigen Zylinderkammern 42, 142 fällt schnell ab. Somit ist es möglich, eine für die Rückstellung der Kolben 38, 138 der Fluiddruckzylinder 20, 120 erforderliche Zeit so weit wie möglich zu verkürzen.
Das Rückgewinnungsventil mit einer komplizierten Struktur ist nicht notwendig, und es ist nur eine einfache Schaltungskonfiguration wie die Rückschlagventile 30, 130 erforderlich. Somit ist es möglich, die Schaltung für die Rückführung der Kolben 38, 138 zu vereinfachen.
Die Zylindergrundkörper 36, 136 umfassen die Umschaltventile 24, 124 umfassend die Auslassanschlüsse 28, 128; die Rückschlagventile 30, 130; und die Strömungswege 60, 62, 64, 68, 72, 74, 80, welche die Kolben 38, 138 unter Wiederverwendung eines Auslassdrucks zurückstellen. Somit ist es möglich, die Zylindergrundkörper 36, 136 und die Umschaltventile 24, 124 integral auszubilden und die Fluiddruckzylinder 20, 120 beträchtlich zu miniaturisieren.
Das Umschaltventil 124 ist am oberen Teil der kopfseitigen Zylinderkammer 142 angeordnet. Somit ist es möglich, den Strömungsweg 60, der das Umschaltventil 124 und die kopfseitige Zylinderkammer 142 verbindet, zu verkürzen und den Fluiddruckzylinder 120 weiter zu miniaturisieren.
Die Lufttanks 34, 134 sind zwischen den stangenseitigen Zylinderkammern 44, 144 und den Umschaltventilen 24, 124 angeordnet. Somit ist es möglich, die aus den kopfseitigen Zylinderkammern 42, 142 austretenden Fluide in den mit den stangenseitigen Zylinderkammern 44, 144 verbundenen Lufttanks 34, 134 zu sammeln und die Drücke der Fluide so weit wie möglich vor einem Absinken zu bewahren, wenn die Volumina der stangenseitigen Zylinderkammern 44, 144 im Rückstellvorgang zunehmen.
Der Lufttank 134 ist am oberen Teil der stangenseitigen Zylinderkammer 144 angeordnet. Somit ist es möglich, den Strömungsweg 62, der den Lufttank 134 und die stangenseitige Zylinderkammer 144 verbindet, zu verkürzen und den Fluiddruckzylinder 120 weiter zu miniaturisieren.
Die Volumina der Lufttanks 34, 134 sind etwa halb so groß wie der Maximalwert der veränderlichen Volumina der kopfseitigen Zylinderkammern 42, 142. Wenn also die in den kopfseitigen Zylinderkammern 42, 142 angesammelten Fluide den stangenseitigen Zylinderkammern 44, 144 zugeführt werden, ist es möglich, ein angemessenes Gleichgewicht zwischen der Funktion der schnellen Erhöhung der Fluiddrücke der stangenseitigen Zylinderkammern 44, 144 und einer Funktion der Verhinderung des Absinkens der Fluiddrücke bei zunehmendem Volumen der stangenseitigen Zylinderkammern 44, 144 zu erreichen.
An den Auslassanschlüssen 28, 128 sind die Drosselventile 32, 132 angeordnet. Dadurch ist es möglich, die Menge der nach außen abgegebenen Flüssigkeiten zu begrenzen und hinreichend Energie zu sparen.
In diesem Fall sind die Drosselventile 32, 132 variable Drosselventile. Folglich können die Drosselventile 32, 132 ein Verhältnis der in den kopfseitigen Zylinderkammern 42, 142 angesammelten und den stangenseitigen Zylinderkammern 44, 144 zugeführten Menge des Fluids zur der Menge des in den kopfseitigen Zylinderkammern 42, 142 angesammelten und nach außen ausgelassenen Fluids einstellen.
In dem Fluiddruckzylinder 120 ist das Umschaltventil 124 an dem oberen Teil der kopfseitigen Zylinderkammer 142 angeordnet und der Lufttank 134 ist an dem oberen Teil der stangenseitigen Zylinderkammer 144 angeordnet. Das Umschaltventil 124 und der Lufttank 134 müssen jedoch nicht unbedingt an den oberen Abschnitten der kopfseitigen Zylinderkammer 142 und der stangenseitigen Zylinderkammer 144 angeordnet sein. So können das Umschaltventil 124 und der Lufttank 134 beispielsweise in Bezug auf einen Einbauraum des Fluiddruckzylinders 120 auf einer Seitenfläche in einer Längsrichtung des Zylindergrundkörpers 136 oder auf einer Seitenfläche auf der Kopfseite angeordnet sein.
In dem Fluiddruckzylinder 120 bewegt sich die mit dem Kolben 138 gekoppelte Kolbenstange 140 entlang einer axialen Richtung des Zylindergrundkörpers 136. Der Fluiddruckzylinder nach der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht unbedingt auf diese Konfiguration beschränkt. Ein doppelt wirkendes Stellglied, das eine große Leistung im Antriebsvorgang benötigt, aber keine große Leistung im Rücklaufprozess benötigt, ist für verschiedene Fluiddruckvorrichtungen wie Drehantriebe und Greifer verwendbar.
Modifikation der vorliegenden Ausführungsform
Anschließend werden Modifikationen (Fluiddruckzylinder 20A, 120A) der Fluiddruckzylinder 20, 120 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 11 bis 15 beschrieben. Den gleichen Komponenten wie im Fluiddruckzylinder 20 in 1 und 2 und im Fluiddruckzylinder 120 in 5 bis 10 werden zur Beschreibung dieser Modifikation die gleichen Referenznummern zugeordnet und sie werden nicht im Detail beschrieben.
In dem Fluiddruckzylinder 20A sind gemäß dieser Modifikation, wie in 11 dargestellt, das Drosselventil 32, ein Schalldämpfer 82 und der Auslassanschluss 28 über ein Rohr mit dem vierten Anschluss 52 in Reihe verbunden.
In diesem Fall umfasst die Fluiddruckzylinder 20A zusätzlich einen Lufttank (zweiter Tank) 84. Der Lufttank 84 ist über ein Rückschlagventil (Druckspeicher-Rückschlagventil) 86 mit dem Drosselventil 32, dem Schalldämpfer 82 und dem Auslassanschluss 28 über ein Rohr parallel verbunden. Daher sind gemäß dieser Modifikation das Drosselventil 32 und der Auslassanschluss 28 sowie der Lufttank 84 parallel zueinander mit dem vierten Anschluss 52 verbunden.
Wenn sich das Umschaltventil 24 wie in 11 dargestellt in der zweiten Position befindet, steht gemäß der Modifikation die kopfseitige Zylinderkammer 42 über das Rückschlagventil 30 und das Umschaltventil 24 mit der stangenseitigen Zylinderkammer 44 in Verbindung und sie steht über das Umschaltventil 24 mit dem Auslassanschluss 28 und dem Lufttank 84 in Verbindung. Wenn sich das Umschaltventil 24 in der ersten Position befindet, steht die stangenseitige Zylinderkammer 44 über das Umschaltventil 24 mit dem Auslassanschluss 28 und dem Lufttank 84 in Verbindung.
Auch wenn sich das Umschaltventil 24 im Fluiddruckzylinder 20A gemäß dieser Modifikation entweder in der ersten Position oder der zweiten Position befindet, ist es möglich, einen Teil der über den Auslassanschluss 28 aus dem vierten Anschluss 52 nach außen ausgelassenen Luft über das Rückschlagventil 86 in dem Lufttank 84 zu sammeln. Somit ist es möglich, den Luftverbrauch des Fluiddruckzylinders 20A um die im Lufttank 84 angesammelte Luftmenge zu reduzieren. ALs Folge davon ist es möglich, zusätzlich Energie des Fluiddruckzylinders 20A zu sparen.
In dem Fluiddruckzylinder 20A ist das Rückschlagventil 86 zwischen dem Umschaltventil 24 und dem Lufttank 84 angeordnet. Somit ist es möglich, zu verhindern, dass die im Lufttank 84 angesammelte Luft rückwärts strömt und über den Auslassanschluss 28 nach außen ausgelassen wird.
Das Drosselventil 32, der Schalldämpfer 82 und der Auslassanschluss 28 sind parallel zu dem Rückschlagventil 86 und dem Lufttank 84 mit dem vierten Anschluss 52 verbunden. Dadurch ist es möglich, die nach außen ausgelassene Luftmenge nach außen zu begrenzen und zusätzlich Energie zu sparen. Weiterhin ist das Drosselventil 32 als variables Drosselventil ausgeführt. Folglich kann das Drosselventil 32 das Verhältnis der Luftmenge, die aus dem vierten Anschluss 52 ausgelassen und dem Lufttank 84 zugeführt wird, zu der Luftmenge, die über den Auslassanschluss 28 nach außen ausgelassen wird, leicht einstellen.
Der Fluiddruckzylinder 20A nutzt den gleichen Aufbau wie der Fluiddruckzylinder 20 in 1 und 2, abgesehen davon, dass das Drosselventil 32, der Schalldämpfer 82, der Lufttank 84 und das Rückschlagventil 86 mit dem vierten Anschluss 52 verbunden sind. Folglich kann der Fluiddruckzylinder 20A natürlich leicht den gleichen Effekt erzielen wie der obige Fluiddruckzylinder 20.
In dem Fluiddruckzylinder 20A gemäß dieser Modifikation ist ferner ein erster Fluidzufuhrmechanismus 88 vorgesehen. Wenn sich das Umschaltventil 24 in der zweiten Position befindet und wenn ein Teil der in der kopfseitigen Zylinderkammer 42 angesammelten Luft von der kopfseitigen Zylinderkammer 42 über das Rückschlagventil 30 und das Umschaltventil 24 der stangenseitigen Zylinderkammer 44 zugeführt wird, führt der erste Fluidzufuhrmechanismus 88 die im Lufttank 84 angesammelte Luft der stangenseitigen Zylinderkammer 44 zu.
Der erste Fluidzufuhrmechanismus 88 umfasst ein Rückschlagventil 90, das an einem Rohr angeordnet ist, welches den Lufttank 84 und die stangenseitige Zylinderkammer 44 verbindet. In diesem Fall ist das Rückschlagventil 90 an einem Rohr angeordnet, das den Lufttank 84 und den zweiten Anschluss 48 verbindet, um einen Fluidstrom von dem Lufttank 84 hin zu dem zweiten Anschluss 48 zu ermöglichen. Das heißt, wenn sich das Umschaltventil 24 in der zweiten Position befindet, lässt das Rückschlagventil 90 einen Luftstrom aus dem Lufttank 84 in Richtung der stangenseitigen Zylinderkammer 44 zu und blockiert den Luftstrom aus der stangenseitigen Zylinderkammer 44 in Richtung des Lufttanks 84.
Wenn sich in diesem Fall das Umschaltventil 24 in der zweiten Position befindet und wenn der Luftdruck der von der kopfseitigen Zylinderkammer 42 zur stangenseitigen Zylinderkammer 44 zugeführten Luft niedriger wird als der Luftdruck im Lufttank 84, wird die im Lufttank 84 angesammelte Luft von dem Lufttank 84 über das Rückschlagventil 90 zu der stangenseitigen Zylinderkammer 44 geführt.
Deshalb wird über den ersten Fluidzufuhrmechanismus 88 zusätzlich Luft im Lufttank 84 zugeführt, auch wenn der Luftdruck der von der kopfseitigen Zylinderkammer 42 zur der stangenseitigen Zylinderkammer 44 zugeführten Luft beim Einfahren der Kolbenstange 40 absinkt. Als Folge davon ermöglicht ein einfacher Aufbau, bei dem das Rückschlagventil 90 an einem Rohr angeordnet ist, eine Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 38 während des Einfahrens konstant zu halten sowie den Kolben 38 zuverlässig und effizient zurückzustellen.
Der Fluiddruckzylinder 20A gemäß dieser Modifikation umfasst ferner einen zweiten Fluidzufuhrmechanismus 92, der Luft von der Hochdruck-Luftzufuhrquelle 26 zum Lufttank 84 führt.
Der zweite Fluidzufuhrmechanismus 92 umfasst ein luftbetätigtes Ventil 94, das an einem Rohr angeordnet ist, welches die Hochdruck-Luftzufuhrquelle 26 und den Lufttank 84 verbindet. Wenn ein Luftdruck im Lufttank 84, der ein Steuerdruck ist, größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, hält das luftbetätigte Ventil 94 die in 11 dargestellte zweite Position und blockiert eine Verbindung zwischen der Hochdruck-Luftzufuhrquelle 26 und dem Lufttank 84. In einem Fall, in dem der Luftdruck im Lufttank 84 auf den Schwellenwert gesunken ist, wird das druckluftbetriebene Ventil 94 indes in die erste Position umgeschaltet und verbindet die Hochdruck-Luftzufuhrquelle 26 und den Lufttank 84. Somit versorgt die Hochdruck-Luftzufuhrquelle 26 den Lufttank 84 mit einer Hochdruckluft.
Wenn also, wie vorstehend beschrieben, die im Lufttank 84 angesammelte Luft aus dem Lufttank 84 über das Rückschlagventil 90 der stangenseitigen Zylinderkammer 44 zugeführt wird und wenn der Luftdruck im Lufttank 84 auf den Schwellenwert absinkt, wird das druckluftbetriebene Ventil 94 von der zweiten Position in die erste Position geschaltet, und die Hochdruck-Luftzufuhrquelle 26 versorgt den Lufttank 84 mit der Hochdruckluft. Somit ist es möglich, das Absinken des Luftdrucks im Lufttank 84 zu verhindern und die Hochdruckluft der stangenseitigen Zylinderkammer 44 zuzuführen.
Wie vorstehend beschrieben ist, umfasst der Fluiddruckzylinder 20A weiterhin den zweiten Fluidzufuhrmechanismus 92, der die Hochdruckluft von der Hochdruck-Luftzufuhrquelle 26 zu dem Lufttank 84 führt. Somit ist es unter Nutzung von im Lufttank 84 angesammelter Luft möglich, den Luftdruck vor dem Abfallen zu bewahren.
In dem Fluiddruckzylinder 20A gemäß dieser Modifikation ist auf einer Außenumfangsfläche des Kolbens 38 ein Permanentmagnet 96 angeordnet, und Magnetsensoren 98a, 98b, die den Magnetismus des Permanentmagneten 96 erfassen, sind jeweils nahe der kopfseitigen Zylinderkammer 42 des Zylindergrundkörpers 36 und nahe der stangenseitigen Zylinderkammer 44 angeordnet. Das heißt, der Magnetsensor 98a ist so angeordnet, dass er der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 38 zugewandt ist, wenn die Kolbenstange 40 am weitesten eingefahren ist, und erfasst den Magnetismus des Permanentmagneten 96 und gibt ein Detektionssignal an eine SPS aus, wenn die Kolbenstange 40 am weitesten eingefahren ist. Unterdessen ist der Magnetsensor 98b so angeordnet, dass er der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 38 zugewandt ist, wenn sich die Kolbenstange 40 bis zu einer maximalen Position ausgefahren ist, und erfasst den Magnetismus des Permanentmagneten 96 und gibt ein Detektionssignal an die SPS aus, wenn sich die Kolbenstange 40 am weitesten ausgefahren ist.
Anschließend wird ein Aufbau (Fluiddruckzylinder 120A) einer bestimmten Anordnung jeder Komponente des Fluiddruckzylinders 20A im Schaltungsschema aus 11 mit Bezug auf 12 bis 15 beschrieben. Komponenten des Fluiddruckzylinders 120A, die den Komponenten des Fluiddruckzylinders 20A entsprechen, werden auch in 12 bis 15 Referenznummern zugeordnet, die gleich 100 plus die Referenznummern der entsprechenden Komponenten des Fluiddruckzylinders 20A sind, und sie werden nicht im Detail beschrieben.
Der Zylindergrundkörper 136 des Fluiddruckzylinders 120A weist eine umgekehrte T-Form auf, in der sich ein zentraler Abschnitt von rechteckiger Gestakt nach oben hervortritt. Innerhalb des hervortretenden Abschnitts erstreckt sich die mit dem Kolben 138 gekoppelte Kolbenstange 140 entlang der Längsrichtung des hervortretenden Abschnitts und die kopfseitige Zylinderkammer 142 und die stangenseitige Zylinderkammer 144 sind darin ausgebildet. 14 und 15 stellen dar, dass die Kolbenstange 140 am weitesten eingefahren ist und dass dadurch das Volumen der kopfseitigen Zylinderkammer 142 minimal ist.
Der Kolben 138 hat entlang der vertikalen Richtung eine elliptische Form, wie durch gestrichelte Linien in 14 und 15 dargestellt ist. Stabförmige Permanentmagnete 196 sind am oberen Teil des Kolbens 138 links und rechts angeordnet, wie in 14 und 15 dargestellt ist. Wie in 12 und 13 dargestellt, sind links und rechts an einem oberen Abschnitt des hervortretenden Abschnitts und entlang der Längsrichtung des hervortretenden Abschnitts Nuten 200 ausgebildet. Ein Magnetsensor 198a ist an einer Endseite der einen Nut 200 (die kopfseitige Seite Zylinderkammer 142) befestigt. Ein Magnetsensor 198b ist an der anderen Endseite der anderen Nut 200 (die stangenseitige Zylinderkammer 144 Seite) befestigt. Das heißt, im Zylindergrundkörper 136 ist der Magnetsensor 198a nahe der kopfseitigen Zylinderkammer 142 und der Magnetsensor 198b ist nahe der stangenseitigen Zylinderkammer 144 angeordnet.
Das Umschaltventil 124 und ein luftbetätigtes Ventil 194 des zweiten Fluidzufuhrmechanismus 192 sind parallel zu dem dazwischenliegenden hervortretenden Abschnitt auf einer Oberseite des rechteckigen Blocks angeordnet. Im Inneren des Zylindergrundkörpers 136 sind der Lufttank 134 unterhalb des Umschaltventils 124 und ein Lufttank 184 unterhalb des pneumatischen Ventils 194 ausgebildet.
Das heißt, die Lufttanks 134, 184 sind parallel in Längsrichtung des hervortretenden Abschnitts angeordnet und haben etwa das gleiche Volumen. Die Lufttanks 134, 184 werden durch Abdeckelemente 202, 204 verschlossen, und die Abdeckelemente 202, 204 werden durch Sicherungsringe 206, 208 fixiert.
Wie in 12 bis 15 dargestellt ist, sind die Rückschlagventile 130, 186 und das Rückschlagventil 190 des ersten Fluidzufuhrmechanismus 188 innerhalb des Zylindergrundkörpers 136 auf der Seite des Lufttanks 134 eingebaut. Das Drosselventil 132 und ein Schalldämpfer 182 sind auf einer Seitenfläche des Zylindergrundkörpers 136 in der Nähe des Lufttanks 134 angeordnet. Diese Komponenten des Zylindergrundkörpers 136 sind jeweils durch den Strömungsweg 210 verbunden, der durch gestrichelte Linien in 14 und 15 dargestellt ist. Der gesamte Strömungsweg 210 entspricht einem jeden, im Schaltplan in 11 dargestellten Rohr, weshalb eine Verbindungszuordnung des Strömungswegs 210 zwischen den Komponenten nicht im Detail beschrieben wird.
Wie vorstehend beschrieben ist, umfasst der Zylindergrundkörper 136 das Umschaltventil 124 und den Lufttank 134 sowie das luftbetätigte Ventil 194 und den Lufttank 184, die symmetrisch zum Kolben 138, zur Kolbenstange 140, zur kopfseitigen Zylinderkammer 142 und zur stangenseitigen Zylinderkammer 144 innerhalb des hervortretenden Abschnitts angeordnet sind.
Eine solcher Anordnungszusammenhang erleichtert die Montage des Fluiddruckzylinders 120A. Dadurch ist es möglich, die Herstellungskosten zu senken und gleichzeitig die Produktivität des Fluiddruckzylinders 120A zu verbessern.
Der Kolben 138 hat entlang der vertikalen Richtung eine elliptische Gestalt, so dass es möglich ist, zu verhindern, dass sich der Kolben 138 in Umfangsrichtung dreht.
Die Permanentmagnete 196 sind am oberen Teil des Kolbens 138 angeordnet, und die Magnetsensoren 198a, 198b sind in den Nuten 200 angeordnet, welche im hervortretenden Abschnitt des Zylindergrundkörpers 136 und jeweils nahe der kopfseitigen Zylinderkammer 142 und nahe der stangenseitigen Zylinderkammer 144 ausgebildet sind. Die Magnetsensoren 198a, 198b erfassen den Magnetismus der Permanentmagnete 196. Somit ist es möglich, in einfacher Weise einen Positionserfassungsmechanismus des Kolbens 138 im Fluiddruckzylinder 120A mit symmetrischem Aufbau bereitzustellen.
Die Lufttanks 134, 184 haben etwa das gleiche Volumen. Somit ist es möglich, die Produktivität des Fluiddruckzylinders 120A weiter zu verbessern und die Herstellungskosten des Fluiddruckzylinders 120A weiter zu senken.
Der Fluiddruckzylinder nach der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt und kann verschiedene Konfigurationen verwenden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Doppelt wirkender Fluiddruckzylinder (20, 20A, 120, 120A), umfassend einen Zylindergrundkörper (36, 136), in welchem sich ein Kolben (38, 138) hin und her bewegt, wobei der Zylindergrundkörper (36, 136) umfasst: ein Umschaltventil (24, 124) mit einem Auslassanschluss (28, 128), ein Zufuhrrückschlagventil (30, 130), einen Strömungsweg (60, 62, 64, 68, 80), der eine Zylinderkammer (42, 142) mit einer Fluidzufuhrquelle (26, 126) verbindet und eine andere Zylinderkammer (44, 144) zumindest mit dem Auslassanschluss (28, 128) verbindet, wenn sich das Umschaltventil (24, 124) in einer ersten Position befindet, und einen Strömungsweg (60, 62, 64, 72, 74, 80), der die eine Zylinderkammer (42, 142) mit der anderen Zylinderkammer (44, 144) über das Zufuhrrückschlagventil (30, 130) verbindet und der die eine Zylinderkammer (42, 142) zumindest mit dem Auslassanschluss (28, 128) verbindet, wenn sich das Umschaltventil (24, 124) in einer zweiten Position befindet.
Fluiddruckzylinder (120, 120A) nach Anspruch 1, wobei das Umschaltventil (124) an einem oberen Abschnitt der einen Zylinderkammer (142) oder an Seiten der einen Zylinderkammer (142) und der anderen Zylinderkammer (144) angeordnet ist.
Fluiddruckzylinder (20, 20A, 120, 120A) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein erster Tank (34, 134) zwischen der anderen Zylinderkammer (44, 144) und dem Umschaltventil (24, 124) angeordnet ist.
Fluiddruckzylinder (120, 120A) nach Anspruch 3, wobei der erste Tank (134) an einem oberen Abschnitt der anderen Zylinderkammer (144) oder an einem unteren Abschnitt des Umschaltventils (124) angeordnet ist.
Fluiddruckzylinder (20, 20A, 120, 120A) nach Anspruch 3 oder 4, wobei ein Volumen des ersten Tanks (34, 134) etwa einem halben Maximalwert eines veränderlichen Volumens der einen Zylinderkammer (42, 142) entspricht.
Fluiddruckzylinder (20, 20A, 120, 120A) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei an dem Auslassanschluss (28, 128) ein Drosselventil (32, 132) angeordnet ist.
Fluiddruckzylinder (20, 20A, 120, 120A) nach Anspruch 6, wobei das Drosselventil (32, 132) ein variables Drosselventil ist.
Fluiddruckzylinder (20A, 120A) nach Anspruch 6 oder 7, wobei: zusätzlich ein zweiter Tank (84, 184) vorgesehen ist und parallel zu dem Drosselventil (32, 132) mit dem Umschaltventil (24, 124) verbunden ist; wenn sich das Umschaltventil (24, 124) in der ersten Position befindet, die andere Zylinderkammer (44, 144) über das Umschaltventil (24, 124) mit dem Drosselventil (32, 132) und dem zweiten Tank (84, 184) in Verbindung steht; und wenn sich das Umschaltventil (24, 124) in der zweiten Position befindet, die eine Zylinderkammer (42, 142) über das Zufuhrrückschlagventil (30, 130) und das Umschaltventil (24, 124) mit der anderen Zylinderkammer (44, 144) in Verbindung steht und über das Umschaltventil (24, 124) mit dem Drosselventil (32, 132) und dem zweiten Tank (84, 184) in Verbindung steht.
Fluiddruckzylinder (20A, 120A) nach Anspruch 8, wobei zwischen dem Umschaltventil (24, 124) und dem zweiten Tank (84, 184) ein Druckspeicher-Rückschlagventil (86, 186) angeordnet ist.
Fluiddruckzylinder (20A, 120A) nach Anspruch 8 oder 9, wobei ferner ein erster Fluidzufuhrmechanismus (88, 188) vorgesehen und dazu eingerichtet ist, der anderen Zylinderkammer (44, 144) ein im zweiten Tank (84, 184) angesammeltes Fluid zuzuführen, wenn sich das Umschaltventil (24, 124) in der zweiten Position befindet und wenn ein Teil eines in der einen Zylinderkammer (42, 142) angesammelten Fluids der anderen Zylinderkammer (44, 144) von der einen Zylinderkammer (42, 142) über das Zufuhrrückschlagventil (30, 130) und das Umschaltventil (24, 124) zugeführt wird.
Fluiddruckzylinder (20A, 120A) nach Anspruch 10, wobei ferner ein zweiter Fluidzufuhrmechanismus (92, 192) vorgesehen ist und dazu eingerichtet ist, dem zweiten Tank (84, 184) von der Fluidzufuhrquelle (26, 126) Fluid zuzuführen.
Der Fluiddruckzylinder (120A) nach Anspruch 11, wobei: der erste Tank (134) und der zweite Tank (184) parallel innerhalb des Zylinderhauptkörpers (136) angeordnet sind; das Umschaltventil (124) an einem oberen Abschnitt des ersten Tanks (134) angeordnet ist und ein luftbetätigtes Ventil (194) an einem oberen Abschnitt des zweiten Tanks (184) angeordnet ist und den zweiten Fluidzufuhrmechanismus (192) bildet; und der Kolben (138), die eine Zylinderkammer (142) und die andere Zylinderkammer (144) zwischen dem Umschaltventil (124) und dem luftbetätigten Ventil (194) angeordnet sind.
Fluiddruckzylinder (120A) nach Anspruch 12, wobei der Kolben (138) entlang einer vertikalen Richtung eine elliptische Gestalt aufweist.
Fluiddruckzylinder (120A) nach Anspruch 12 oder 13, wobei: ein Magnet (196) an einem oberen Abschnitt des Kolbens (138) angeordnet ist; und jeweils Magnetsensoren (198a, 198b), die zum Erfassen des Magnetismus des Magneten (196) konfiguriert sind, nahe der einen Zylinderkammer (142) und der anderen Zylinderkammer (144) im Zylinderhauptkörper (136) angeordnet sind.
Fluiddruckzylinder (120A) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der erste Tank (134) und der zweite Tank (184) ungefähr dasselbe Volumen aufweisen.