DE112020007454T5

DE112020007454T5 - Pneumatik- oder Hydraulik-Dreistellungs-Kraftzylinder

Info

Publication number: DE112020007454T5
Application number: DE112020007454.4T
Authority: DE
Inventors: Roman Leonidovich Voloshin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-07-24
Filing date: 2020-07-24
Publication date: 2023-07-13
Also published as: WO2022019800A1; JP2023536698A; US20230304515A1; CN115989371A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf hydraulische Zylindervorrichtungen und kann in Fahrzeuggetrieben verwendet werden. Ein Pneumatik- oder Hydraulik-Dreistellungszylinder besteht aus einem Gehäuse mit Enddeckeln, zwei Kolben, einer Stange, Kanälen zur Zufuhr des Arbeitsmediums, wobei jeder Kolben aufgrund der mittigen Auslage, der die Kolben trennt, und der peripheren Auslagen an der Stange über die Möglichkeit einer begrenzten Bewegung entlang der Stange sowie begrenzten Bewegung innerhalb des Gehäuses verfügt. Die mittige Auslage ist in Form einer Hülse, und eine ringförmige Auslage ist an der Innenfläche des Gehäuses ausgeführt. Die Hülse und die Auslage bilden eine abgedichtete bewegliche Verbindung vom Welle-Loch-Typ. Separate Kanäle zur Zufuhr des Arbeitsmediums zu den Kammern werden durch jeden der Kolben und die entsprechende Stirnfläche des Gehäuses gebildet; ein gemeinsamer Kanal zu den Kammern wird durch jeden der Kolben und die mittige Auslage und Hülse gebildet; einzelne Kanäle zu den Kammern werden durch jeden der Kolben und die mittige Auslage sowie die Hülsenstirnfläche des Gehäuses gebildet; ein gemeinsamer Kanal zu den Kammern wird durch jeden der Kolben und die entsprechende Stirnfläche des Gehäuses gebildet.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die Erfindung bezieht sich auf volumetrische pneumatische oder hydraulische Antriebe, insbesondere auf Aufbau von pneumatischen (hydraulischen) Zylindern und kann in Roboterproduktionslinien, Antrieben von Mechanismen für verschiedene Zwecke, einschließlich Fahrzeuggetrieben, verwendet werden.
BISHERIGER STAND DER TECHNIK
Bekannt ist beispielsweise der hydraulische Antrieb zum Schalten der Synchronisierungseinrichtung (Patent RU2545543C2 ). Der Antrieb enthält einen Zylinder und einen Kolben, die über die Möglichkeit der Bewegung innerhalb des Zylinders verfügen, indem die erste und zweite Kammer abgegrenzt werden. Das Volumen der ersten Kammer ist am kleinsten, wenn sich der Antrieb in der ersten Eingriffsstellung befindet, und das Volumen der zweiten Kammer ist am kleinsten, wenn sich der Antrieb in der zweiten Eingriffsstellung befindet. Der Kolben grenzt auch die dritte Kammer im Zylinder ab, deren Volumen in Neutralstellung des Antriebs am kleinsten ist.
Dieser Antrieb zeichnet sich durch technologische Komplexität aus, insbesondere hängt seine Leistung direkt von der Genauigkeit der Druckerzeugung in einer bestimmten Kammer ab.
Bekannt ist der Dreistellungs-Hydraulikzylinder (Patent RU2079007C1 ), der ein Gehäuse mit Fenstern zum Anschließen an die Last und zur Zufuhr des Arbeitsmediums enthält, in dessen durch einem Deckel verschlossenen Hohlraum, sich ein Kolben mit einer Bohrung und die mit dem Kolben und den Deckeln zusammenwirkenden Plunger befinden, dadurch gekennzeichnet sind, dass die Plunger in der Kolbenbohrung angeordnet sind, die mit ihren Hub begrenzenden Anschlägen ausgestattet ist.
Als mit der Last wechselwirkendes Arbeitselement wird ein Stift verwendet, der senkrecht zur Längsachse des Körpers angeordnet ist. Der Nachteil dieser Konstruktion ist die Unmöglichkeit, das Arbeitselement an den Stirnflächen des Gehäuses zu führen.
Als Prototyp wurde der Dreistellungs-Pneumatikzylinder (Patent HU187364B ) gewählt, bestehend aus einem Körper mit Enddeckeln, zwei Kolben, einer Stange, Kanälen zur Zufuhr des Arbeitsmediums. Die Kolben unterteilen den Innenraum des Zylinders in drei Kammern, wobei jeder Kolben mit der Möglichkeit einer begrenzten Bewegung entlang der Stange aufgrund der mittigen Auslage, der die Kolben und peripherer Auslagen an der Stange, und einer begrenzten Bewegung innerhalb des Gehäuses aufgrund der Auslagen, die auf der Innenfläche des Gehäuses gebildet sind, trennt. An der Stange zwischen zwei Kolben ist ein Anschlagelement befestigt, an dem sich eine Einlassöffnung des Kanals zur Zufuhr des Arbeitsmediums (Luft) in die Kammer zwischen den Kolben befindet.
Zu den Nachteilen der bekannten Prototyp-Vorrichtung gehören folgende Konstruktionsmerkmale:

- Große Abmessungen aufgrund des oberen Enddeckels.
- Eine Ausführung mit zusätzlichen Ausgängen der Stange von einer der Stirnflächen des Zylinders und beispielsweise einem senkrecht eingebauten Stift ist nicht möglich.
- Die Stirnfläche der Auslage (Hülse) an der Stange (im Zufuhrbereich des Arbeitsmediums) wirkt als Kolben und wirkt sich daher negativ auf jede Bewegung der Stange aus, d.h. um die Stange auf mittlere oder neutrale Stellung einzustellen, wird eine zusätzliche Energiemenge (Überdruck) des Arbeitsmediums benötigt.
- Aufgrund der möglichen Druckdifferenz bei Mittelstellung der Stange ist das sogenannte „Auslaufen“ der Stange über die Mittelstellung hinaus mit anschließender Rückkehr (Einnahme) der Mittelstellung möglich. Negativ wirkt sich dieser Faktor bei Vorrichtungen aus, bei denen dies je nach Funktionalität nicht sein sollte.
- Die Zentrierung der Stange wird durch ihre Kontakte mit den Deckeln und Kolben sichergestellt, was bei erheblichen Kraftbelastungen der Stange die Haltbarkeit des störungsfreien Betriebs der Vorrichtung beeinträchtigen kann. Die Zentrierung an den Dichtstellen sieht zumindest zweifelhaft aus. Das Patent HU187364B sieht vergrößerte Kolbenpassmaße vor, wodurch die Stange zentriert wird, und dies ist eine Vergrößerung der Abmessungen der Vorrichtung, ihres Gewichts und der eingesetzten Materialien.
- Es wird ein komplexerer Aufbau verwendet, die Begrenzungsauslage im Mittelteil der Buchse muss z. B. eine genau definierte Passung zur Ausgangsöffnung für das Arbeitsmedium oder eine offensichtlich komplexe Konfiguration mit einem System von Nuten und Löchern haben, dabei müssen die Schlagfestigkeitseigenschaften sichergestellt werden; die Verwendung von Sicherungsringen verkompliziert auch die Konstruktion; ein zusätzlicher oberer Deckel, der gesichert und abgedichtet werden muss, wird darüber hinaus verwendet.

AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung ohne die oben genannten Nachteile aufzubauen. Das technische Ergebnis ist eine Vereinfachung der Konstruktion und eine Erhöhung der Zuverlässigkeit, Geschwindigkeit und Genauigkeit der Vorrichtung.
Diese Aufgabe wird durch einen pneumatischen oder hydraulischen Dreistellungszylinder gelöst, bestehend aus einem Gehäuse mit Enddeckeln (Wänden), zwei Kolben, einer Stange, Kanälen zur Zufuhr eines Arbeitsmediums, wobei jeder Kolben über die Möglichkeit verfügt, begrenzte Bewegung entlang der Stange durch die mittige Auslage, die die Kolben und periphere Auslagen auf der Stange trennt, und begrenzte Bewegung innerhalb des Gehäuses, in dem gemäß dem Antrag die mittige Auslage in Form einer Hülse, und eine ringförmige Auslage an der Innenfläche des Gehäuses ausgeführt wird, dabei bilden die Hülse und die Auslage eine abgedichtete bewegliche Verbindung vom Wellen-Loch-Typ. Tatsächlich führt die vorgeschlagene Lösung zur Bildung von vier Kammern innerhalb des Gehäuses, die durch Enddeckel (Wände), zwei Kolben und eine Trennwand, die durch eine Hülse und einen ringförmigen Vorsprung gebildet wird, erzeugt werden.
Unter Auslage versteht man ein beliebiges Teil, wie z. B. eine Buchse, ein Teil des Gehäuses oder der Stange, das die Bewegung der Kolben begrenzt.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Es gibt zwei bevorzugte Ausführungsvarianten, die durch die Ausbildung der Kanäle zur Zufuhr des Arbeitsmediums bestimmt werden.
In der ersten bevorzugten Ausführungsvariante sind die Kanäle zur Zufuhr des Arbeitsmediums wie folgt hergestellt: einzelne Kanäle zu den Kammern, die durch jeden der Kolben und die entsprechende Stirnfläche (den Enddeckel) des Gehäuses gebildet werden, und ein gemeinsamer Kanal zu den Kammern, die durch jeden der Kolben und die mittige Auslage sowie Hülse gebildet werden.
In der zweiten bevorzugten Ausführungsvariante sind die Kanäle zur Zufuhr des Arbeitsmediums wie folgt hergestellt: einzelne Kanäle zu den Kammern, die durch jeden der Kolben und die mittige Auslage sowie Hülse gebildet werden, und ein gemeinsamer Kanal zu den Kammern, der durch jeden der Kolben und die entsprechende Stirnfläche (den Enddeckel) des Gehäuses gebildet werden.
Für alle Implementierungsoptionen ist eine Ergänzung möglich - die Befestigung mindestens eines unter einem Winkel zur Stangenachse in der Bohrung der ringförmigen Auslage aufgestellten Stifts zum Zusammenwirken mit der Last.
Eine Ausführungsvariante der Vorrichtung ist auch möglich, bei der nur das obige Element - der Finger - zur Wechselwirkung mit der Last vorgesehen ist. Grundsätzlich ist eine Ausführung mit einem oder zwei Ausgängen der Stange, mit einem oder mehreren Stiften in unterschiedlichen Kombinationen je nach Einsatzzweck der Vorrichtung realisierbar. Es ist auch möglich, dass sich die Hülse mit dem Stift abschnittsweise um die Achse der Hülse dreht.
Die Erfindung wird durch grafische Materialien - Zeichnungen und Bilder eines Prüfungsmodells veranschaulicht.

Auf ist der Längsschnitt eines Zylinders in der ersten bevorzugten Ausführungsvariante - mittlere Position - gezeigt.
Auf ist der Längsschnitt eines Zylinders in der ersten bevorzugten Ausführungsvariante - äußerste rechte Position - gezeigt.
Auf und ist der Längsschnitt eines Zylinders in der zweiten bevorzugten Ausführungsvariante - mittlere Position mit verschiedenen Ausführungen der Kanäle zur Zufuhr des Arbeitsmediums - gezeigt.
Auf ist der Längsschnitt eines Zylinders in der zweiten bevorzugten Ausführungsvariante - äußerste rechte Position - gezeigt.
Auf wird die Gesamtansicht eines Prüfungsmodells eines Dreistellungszylinders mit zwei stirnseitigen Elementen der Stange gezeigt.
Auf wird das Prüfungsmodell eines Dreistellungszylinders mit zwei stirnseitigen Elementen der Stange im zerlegten Zustand gezeigt.
Auf wird das Prüfungsmodell eines Dreistellungszylinders mit einem stirnseitigen Element der Stange im zerlegten Zustand gezeigt.

Ein Dreistellungszylinder besteht aus einem Gehäuse 1, in dem eine Stange eingebaut ist und deren Mittelteil eine zylindrische Hülse 2 mit zwei Auslagen für Kolben 3 und 4, die innerhalb des zylindrischen Teils des Gehäuses 1 sowie und auf der Hülse 2 freies Spiel haben, bildet, zwei Seitendeckeln 5 und 6, stirnseitigen Elementen der Stange 7, 8 und einem Seitenstift 9. Strukturell sollte die Stange aus mehreren starr verbundenen Teilen bestehen: Buchse 2 aus einem Material mit einem niedrigen Gleitreibung, stirnseitige Teile 7, 8 mit umlaufenden Auslagen und Seitenstift 9. Die Vorrichtung enthält auch Kanäle zur Zufuhr des Arbeitsmediums (Druckluft oder Flüssigkeit) A, B und C.
In der ersten bevorzugten Ausführungsvariante ( und ) können getrennte Kanäle A und C in die Kammern, die durch jeden der Kolben 3, 4 und die entsprechende Stirnseite des Gehäuses (Deckel 5 und 6) gebildet werden, im Gehäuse und Deckeln 5 und 6 ausgeführt werden. Gemeinsamer Kanal B zu den Kammern, die von jedem der Kolben 3, 4 und der mittigen Auslage und der Hülse 2 kann in der Auslage des Gehäuses 1 ausgeführt werden.
In der zweiten bevorzugten Ausführungsvariante ( , , ) sind getrennte Kanäle A und C zu den Kammern, die durch jeden der Kolben und die mittige Auslage sowie die Hülse an der Stirnseite des Gehäuses gebildet werden, sind in der Auslage des Gehäuses 1 ausgeführt werden, und der gemeinsame Kanal B führt in die Kammern, die durch jeden der Kolben 3, 4 und die entsprechende Stirnseite (Enddeckel 5, 6) gebildet werden, kann in der Gehäusewand 1 ( und ) oder in Hülse 2 ( ) ausgeführt werden.
Die Vorrichtung kann mit einer beliebigen Anzahl von Ausgangselementen, die mit der Last zusammenwirken (stirnseitige Elemente 7, 8, Stift 9) betrieben werden. Bei Verwendung der Vorrichtung ohne stirnseitige Elemente 7, 8 ist es erforderlich, einen vorstehenden Kolbenhubbegrenzer (Kolben 3, 4) an der Hülse 2 und Deckel (Deckel 5, 6) ohne Löcher für die Stange anzubringen. Das Prüfungsmodell mit einem stirnseitigen Element der Stange ist in dargestellt.
Die Vorrichtung in der ersten bevorzugten Ausführungsvariante (Druckluft) wird wie folgt betrieben.
Wenn dem Kanal B Druckluft zugeführt wird, bewegt sich der Kolben 3 nach links und der Kolben 4 nach rechts, als Folge der Bewegung erreichen die Kolben die Auslagen der Deckel 5, 6 und bringen Hülse 2 in Mittelstellung ( ), indem sie bis zum Anschlag der begrenzenden Auslagen von Stangen 7 und 8 kommen. Die Kanäle A und C verbinden sich in diesem Moment mit der Atmosphäre.
Wenn dem Kanal A Druckluft zugeführt wird, bewegt sich der Kolben 3 und wenn er der Hülse 2 erreicht hat, drückt sie nach rechts, dann liegt der Kolben 3 an der begrenzenden Auslage des Hauptgehäuses an, und die Hülse 2 liegt am Kolben 4 an, der am Deckel 6 anliegt, wodurch die Hülse 2 mit den Elementen 7, 8 und dem Stift 9 die äußerste rechte Position einnimmt ( ). Die Kanäle B und C verbinden sich in diesem Moment mit der Atmosphäre.
Die Einnahme der äußersten linken Position erfolgt nach dem umgekehrten (Spiegel-)Prinzip, relativ zur Einnahme der äußersten rechten Position.
Durch den asymmetrischen Aufbau des Hauptgehäuses, der Auslagen der Seitendeckel 5, 6 und der Hülse 2 wird das Prinzip der Fixierung der Stange in der erforderlichen (verschobenen) Zwischenposition relativ zur zentralen (mittleren) Position erreicht.
Die Vorrichtung in der zweiten bevorzugten Ausführungsvariante (Druckluft) wird wie folgt betrieben ( , ).
Die Vorrichtung kann mit einer beliebigen Anzahl von Ausgangselementen, die mit der Last zusammenwirken (stirnseitige Elemente 7, 8, Stift 9) betrieben werden. Bei Verwendung der Vorrichtung ohne stirnseitige Elemente 7, 8 ist es erforderlich (wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsvariante), einen vorstehenden Kolbenhubbegrenzer (Kolben 3, 4) an der Hülse 2 und Deckel (Deckel 5, 6) ohne Löcher für die Stange anzubringen ( ).
Wenn dem Kanal B Druckluft zugeführt wird, bewegt sich der Kolben 3 nach rechts und der Kolben 4 nach links, als Folge der Bewegung erreichen die Kolben die Auslagen der Hülse 2 und bringen Hülse 2 mit Stangen 7, 8 und Stift 9 in Mittelstellung, indem sie bis zum Anschlag zum Gehäuse kommen. Die Kanäle A und C verbinden sich in diesem Moment mit der Atmosphäre.
Wenn Kanal C mit Druckluft beaufschlagt wird, bewegt sich der Kolben 4 nach rechts und bei Erreichen der Stange 8 bewegt die Hülse 2 nach rechts, die Stange 7 stößt gegen den Kolben 3 und die Hülse 2 mit den Stangen 7, 8 und dem Stift 9 nimmt die äußerste rechte Position ein. Die Kanäle A und B verbinden sich in diesem Moment mit der Atmosphäre.
Die Einnahme der äußersten linken Position erfolgt nach dem umgekehrten (Spiegel-)Prinzip, relativ zur Einnahme der äußersten rechten Position.
Durch den asymmetrischen Aufbau des Hauptgehäuses 1 und der Hülse 2 wird das Prinzip der Fixierung der Stangen in der erforderlichen (verschobenen) Zwischenposition relativ zur zentralen (mittleren) Position erreicht.
Das Funktionsprinzip der Vorrichtung unter Flüssigkeitsdruck ähnelt dem Funktionsprinzip mit Druckluft, es ist jedoch erforderlich, dass sich die Kanäle der Flüssigkeitsleitungen zum Zeitpunkt der Positionsänderung der Stangen mit der Niederdruck-Flüssigkeitsleitung und dem Ausdehnungsbehälter ohne Hochdruck verbinden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Das Prüfungsmodell der Vorrichtung (ohne Stift 9 - , , ) bestätigte während der Tests die Funktionsfähigkeit, eine erfolgreiche Lösung der Aufgabe und das Erreichen des angestrebten technischen Ergebnisses.
Im Probebetrieb kam es zu keinen Ausfällen, unvollständigen Einschaltungen und Unterbrechungen. Es sollte auch beachtet werden, dass, wenn eine der drei angegebenen Positionen eingenommen wird, ist die Kraft zum Einschalten (Bewegen) der Stange (und / oder des Stifts) gleich, daher kann der Zylinder vollkommen als Kraftzylinder bei der Einnahme aller drei Stellungen bezeichnet werden. Die Vorrichtung zum Einschalten (Bewegen) ist auch bei geringer Dichtigkeit der Verbindungen funktionsfähig, jedoch ist es bei Sicherstellung der Krafthaltung in der eingenommenen Stellung (unter Druck des Arbeitsmediums) notwendig, auf eine entsprechende Abdichtung in Kolben und Seitendeckeln zu achten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

RU 2545543 C2 [0002]
RU 2079007 C1 [0004]
HU 187364 B [0006, 0007]

Claims

Pneumatischer oder hydraulischer Dreistellungszylinder, bestehend aus einem Körper mit Enddeckeln, zwei Kolben, einer Stange, Kanälen zur Zufuhr des Arbeitsmediums, wobei jeder Kolben durch die mittige Auslage, die die Zylinder trennt, periphere Auslagen an der Stange und begrenzte Bewegung innerhalb des Gehäuses über die Möglichkeit einer begrenzten Bewegung entlang der Stange verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die mittige Auslage in Form einer Hülse und eine ringförmige Auslage an der Innenfläche des Gehäuses ausgeführt ist, wobei die Hülse und die Auslage eine dichte bewegliche Verbindung vom Wellen-Loch-Typ bilden.
Der Dreistellungszylinder gemäß Anspruch 1 wird dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle zur Zufuhr des Arbeitsmediums wie folgt ausgeführt sind: einzelne Kanäle zu den Kammern, die durch jeden der Kolben und die entsprechende Stirnseite des Gehäuses gebildet werden, und ein durch jeden der Kolben und die mittige Auslage sowie die Hülse gebildeter gemeinsamer Kanal zu den Kammern.
Der Dreistellungszylinder gemäß Anspruch 1 wird dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle zur Zufuhr des Arbeitsmediums wie folgt ausgeführt sind: einzelne Kanäle zu den Kammern, die durch jeden der Kolben und die mittige Auslage sowie die Hülse gebildet werden, und ein gemeinsamer Kanal zu den Kammern, die durch jeden der Kolben und die entsprechende Stirnseite des Gehäuses gebildet werden.
Der Dreistellungszylinder gemäß Anspruch 1, oder 2, oder 3 wird dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Stift an der Hülse befestigt ist, um mit der Last zusammenzuwirken; der Stift wird in einem Winkel zur Achse der Stange in der Bohrung von der ringförmigen Auslage angeordnet.