DE1601695C - Druckmittelbetätigter Antriebszylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetätigten Antriebszylinder mit mehreren hintereinander angeordneten, ; abwechselnd aus feststehenden und aus verschiebbaren Wänden gebildeten Kammern, wobei die Kolbenstange mit den verschiebbaren Wänden der Kammern verbunden ist, und wobei bei Zufuhr eines Druckmittels in die Kammern große, sich addierende Kräfte über die verschiebbaren Wände auf die Kolbenstange übertragen werden.

Bei dem durch die USA.-Patentschrift 2 546 596 bekanntgewordenen Antriebszylinder dieser Art ist das kräfte- und bewegungserzeugende Teil der Kammern als blasebalgähnliches Element ausgebildet, das erweitert werden kann und die beiden Wände der Kammern völlig bedeckt. Insbesondere bei hohen Drücken des Druckmittels treten durch die axiale Erweiterung in dem gegen die. Außenwand der jeweiligen Kammer anliegenden Teil des Elements bzw. in den peripheren rechtwinkligen Eckpartien beträchtliche Spannungen und Spannungskonzentrationen auf. Diese führen zu einem Verschleiß bzw. zu einer Ermüdung des Werkstoffs. Die verschlissenen bzw. durch Ermüdung unbrauchbar gewordenen blasebalgähnlichen Elemente müssen ausgetauscht werden, was nur durch einen kostspieligen Auseinander- und Zusammenbau der Einrichtung möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bc einem druckmittelbetätigten Antriebszylinder der ein leitend genannten Art die Beanspruchbarkeit um Lebensdauer zu erhöhen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dal die verschiebbaren Wände aus an den Umfangsrän dem eingespannten Membranen bestehen, die jeweil an den Verbindungsstellen mit der Kolbenstange bzv

einem mit der Kolbenstange kraftschlüssig verbundenen Betätigungselement eine Verstärkung, wie einen verdickten Teil, Verstärkungsscheiben, eine eingeprägte Spirale od. dgl. besitzen, daß zwischen der Membran einer Kammer und der festen Wand der nächsten Kammer eine weitere feste Wand angeordnet ist und wenigstens eine der beiden festen Wände ein Befestigungsorgan für die Membran trägt und daß die festen Wände im wesentlichen tellerförmig ausgebildet sind.

Auf Grund dieses Auf baus ist der erfindungsgemäße Antriebszylinder in der Lage, bei hohen Druckmitteldrücken und hohen Arbeitsfrequenzen eine große Anzahl von Arbeitszyklen auszuführen, ohne daß es zu einer Beschädigung oder Ermüdung der bewegten Teile kommt.

Durch die USA.-Patentschrift 3 034 357 ist zwar bereits eine Einrichtung mit einem druckmittelbetätigten Antriebszylinder bekannt geworden, die verschiebbaren Wände in Form von an den Umfangsrändern eingespannten Membranen enthält, die mit einer Kolbenstange kraftschlüssig verbunden sind. Die bekannte Einrichtung dient jedoch zur Bestimmung der Differenz zwischen zwei Flüssigkeitsdrükken und ist auf Grund der anderen Aufgabe nicht den gleichen Beanspruchungen ausgesetzt, wie der erflndungsgemäße Antriebszylinder. Würde der erfindungsgemäße Antriebszylinder ebenso wie der Differenzdruckmesser mit ringwulstförmigen Membranen ausgebildet werden, so könnte die Lebensdauer im Vergleich zu den Antriebszylindern der einleitend genannten Art nicht erhöht werden und somit die erfindungsgemäße Aufgabe nicht gelöst werden.

Schließlich ist durch die USA.-Patentschrift 2 456 869 ein hydraulisches Pulsatorsystem bekannt geworden, das mehrere durch Membranen begrenzte Druckkammern mit im Bereich der Mittelachse zwischengefügten Scheiben enthält. Es sind hier keine feststehenden Zwischenwände vorgesehen, so daß sich die Druckkammern jeweils aufeinander abstützen, wodurch eine Addition von Kräften nicht erreicht werden kann.

Vorzugsweise dient bei dem erfindungsgemäßen Antriebszylinder eine Öffnung in der zwischen zwei Kammern befindlichen festen Wand zur Führung des Betätigungselementes. Die feste Wand trägt ein Befestigungsorgan für die biegsame Wand, die dadurch in einfacher Weise eingespannt werden kann.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden eine Kammer begrenzenden gegenüberliegenden Wände biegsam ausgebildet und zwischen zwei durch biegsame Wände begrenzten Kammern ist wenigstens eine zusammen mit einer biegsamen Wand bewegliche Verstärkung angeordnet, die mittelbar oder unmittelbar auf das Betätigungselement wirkt. Dabei besteht das Betätigungselement vorzugsweise aus einer Anzahl symmetrisch angeordneter Stangen, die auf der Außenseite ,der biegsamen Wände geführt sind.

Die Verschiebung des Betätigungselements kann entweder entgegen der Wirkung von Federn erfolgen oder es können besondere entsprechend ausgebildete Kammern vorgesehen sein, die mit Hilfe eines Druckmittels das Betätigungselement in die Ausgangslage zurückführen.

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele an Hand von 10 Figuren näher erläutert.

F i g. 1 ist ein vertikaler Längsschnitt durch eine Einrichtung nach der Erfindung, bei der das Betätigungselement unter der Einwirkung eines Druckmittels in beiden Richtungen verschieblich ist;

F i g. 2 zeigt eine aus zwei nebeneinander liegenden Kammern bestehende Einrichtung zur Betätigung einer Fahrzeugbremse bekannter Ausbildung;

F i g. 3 a bis 3 c zeigen vertikale Längsschnitte durch eine Einrichtung mit einer großen Anzahl hintereinander angeordneter Membranen, wodurch die

Fig. 3b und 3c einen Teil der Fig. 3a ohne bzw. nach der Zufuhr von Druckmitteln zeigen;

F i g. 4 zeigt eine Endansicht der Einrichtung nach F ig. 3 a; ;

F i g. 5 ist ein Schnitt nach der Linie V-V in F i g. 7 und zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem jede Kammer durch zwei biegsame Wände begrenzt ist; _ . ..

F i g. 6 zeigt den rechten Teil der F i g. 5 nach 'der Zufuhr von Druckmitteln zu den Kammern;

F i g. 7 ist eine Endansicht der Einrichtung nach Fig. 5; die

Fig. 8 bis 10 zeigen den Fig. 5 bis 7 entsprechende Darstellungen einer Modifikation, bei der die Bewegung in entgegengesetzter Richtung erfolgt.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform hat ein abgedichtetes Gehäuse 1, in dem ein zentral angeordnetes Betätigungselement 2 beweglich ist, das mit einem aus dem Gehäuse hinausragenden Teil 3 verbunden ist, der beispielsweise aus der Kolbenstange eines Arbeitskolbens, dem Antriebsorgan einer Stanzmaschine, einem Halter für ein Werkstück oder einem ähnlichen, nicht dargestellten Organ bestehen kann.

Das Betätigungselement 2 ist mit drei Membranen 5 verbunden, die je mit einem zentralen versteifenden Membranpaket 5 α versehen sind. Jede Membran bildet eine biegsame Wand einer Kammer 6, deren andere Begrenzungswand 7 fest und im wesentlichen tellerförmig ist sowie Öffnungen 7 b für die Zufuhr eines Druckmittels hat.

Neben einer tellerförmigen festen Wand 7 befindet sich eine weitere tellerförmige feste Wand 8, die von der Wand 7 abgekehrt ist. Die tellerförmigen Wände 8 begrenzen zusammen mit den Membranen 5 drei weitere Kammern 9, die ebenfalls mit Öffnungen für den Auslaß bzw. die Zufuhr von Druckmitteln über radiale Kanäle 2 b und axiale Kanäle 2 c im Betätigungselement versehen sind und bei der Zufuhr von Druckmitteln die Membranen und damit auch das Betätigungselement 2 in entgegengesetzter Richtung verschieben, also nach links in F i g. 1.

Das Betätigungselement 2 erstreckt sich ,dichtend durch zentrale Öffnungen 10 in den festen Wänden 7, 8. Diese Öffnungen tragen zur Führung des Betätigungselements bei.

Das Gehäuse hat zwei Hauptöffnungen 12 und 13 für die Zufuhr bzw. den Auslaß von Druckmitteln je nach der gewünschten Bewegungsrichtung des Betätigungsorgans. Das Gehäuse trägt an einem Ende einen mit einem Gewinde 14 versehenen Anschlußteil 15, mit dessen Hilfe die Einrichtung beispielsweise an eine Stanzmaschine od. dgl. angebracht werden kann, auf die die Treibkraft übertragen werden soll. Das Gehäuse besteht aus leicht auseinandernehmbaren Teilen, die durch eine Mutter 16 zusammengehalten werden, die eine Aussparung 16 α für das mit einem Bolzen 2 α versehene Ende des Betätigungselements hat.

Jede der tellerförmigen Wände 7, 8 trägt am Um-

fangsrand ein Befestigungsorgan für eine biegsame Membranwand 5. Die tellerförmigen Wände haben zu diesem Zweck gebördelte Teile 7 α, 8 α, die Rillen für elastische Organe 19 α bzw. 19 b bilden, beispielsweise für O-Ringe oder in anderer Weise profilierte Ringe. Da jede Membran zwischen zwei solchen elastischen Organen festgehalten wird, kann sie bei der Zufuhr von Druckmitteln beträchtliche Bewegungen ausführen und ist auch sicher in einem kleinen Raum eingespannt.

Zwischen den gebördelten Teilen 7 α, 8 α zweier einander abgekehrter fester Wände ist ein Abstandhalter 17 angeordnet, der die elastische Wirkung der Befestigungsorgane 19 a, 19 b begrenzt.

Bei der Zufuhr von Druckmitteln zu den Kammern 6 oder 9 werden die Membranen 5 nach rechts bzw. links in F i >g. 1 ausgebaucht, wobei die Kräfte, die jede Membran auf das Betätigungselement überträgt, sich addieren, so daß eine gewünschte beträchtliche Kraft auf ,das Betätigungselement ausgeübt werden kann.

Die in F i g. 2 gezeigte Antriebseinheit stimmt grundsätzlich mit der Einrichtung nach F i g. 1 überein, hat aber nur zwei Membranpakete zur Verschiebung des Betätigungselements 2. Die Einrichtung nach F i g. 2 dient zur Betätigung einer Fahrzeugbremse. Das Betätigungselement 2 ist mit einer Stange 20 verbunden, die ihrerseits eine Bremsgabel 21 betätigt. Die in üblicher Weise ausgebildete pneumatisch-mechanische Bremse hat einen Kolben 23, der durch eine starke Feder 24 nach rechts in F i g. 2 geschoben wird und die Bremse anzieht, wenn die Zufuhr von Druckluft in eine Kammer 25 auf der anderen Seite des Kolbens unterbrochen wird (Handbremsen). Im Lauf des Fahrzeugs wird Druckluft in die Kammer 25 eingeführt, wobei der Kolben nach links entgegen der Wirkung der Feder 24 geschoben wird. In dieser Lage ist die Bremsgabel 21 entgegen der Wirkung einer schwachen Feder 27 mit Hilfe der Einrichtung 1 nach der Erfindung betätigbar. Bei Betätigung des Bremspedals des Fahrzeugs wird Druckmittel über die Öffnung 12 den Druckkammern 6 zugeführt, die auf der rechten Seite durch die Membranenpakete 5 begrenzt sind, wobei das Betätigungselement 2 mit erwünschter großer Kraft auf die Bremsgabel 21 wirkt. Der Rückgang des Betätigungselements nach Druckentlastung in den Kammern 6 erfolgt mit Hilfe der schwachen Feder 27.

Bei der in den F i g. 3 a bis 3 c und 4 gezeigten Einrichtung steht das Betätigungselement unter der Einwirkung von nicht weniger als acht Membranen. Druckmittel wird in den Kammern 6 bzw. 9 zur Verschiebung des Betätigungselements 2 in gewünschter Richtung über axiale und radiale Kanäle 31 bzw. 32 zugeführt, die mit Gewindebohrungen 33 bzw. 34 zum Anschluß von Zufuhrleitungen oder Schläuchen für das Druckmittel in Verbindung stehen.

Die Einrichtung nach den F i g. 3 und 4 bildet ein Kraftpaket, das trotz kompakter Ausbildung und sehr kleiner Abmessungen eine sehr beträchtliche Kraft entwickeln kann. Mehrere ähnliche Kraftpakete gleicher oder verschiedener Kapazität können leicht abnehmbar miteinander vereinigt werden, wobei sehr verschiedene Anforderungen bezüglich der Verschiebungslänge und der ausgeübten Treibkraft erfüllt werden können.

Die in den F ig. 5 bis 7 bzw. 8 bis 10 gezeigten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich von den oben beschriebenen unter anderem dadurch, daß jede Kammer 40, der Druckluft zugeführt wird, von zwei biegsamen Wänden 41, 42 begrenzt ist, von denen jede aus einer Membran oder einem Membranpaket besteht. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden, durch biegsame Wände begrenzten Kammern 40 befindet sich eine feste Platte 43. Von den biegsamen Wänden 41, 42 steht die eine Wand 41 in kraftübertragender Verbindung mit einer Anzahl starrer Stano gen 44, die gemäß F i g. 7 symmetrisch in bezug auf die Mittellinie der Einrichtung angeordnet sind und zusammen ein Element bilden, das dem Betätigungselement 2 der oben beschriebenen Einrichtungen entspricht. Die Stangen 44 sind in eine untere Platte 45 ¹S eingeschraubt, die an eine Kolbenstange 46 angeschlossen ist, die beispielsweise mit einem Stanzwerkzeug versehen oder mit einem anderen Maschinenteil verbunden sein kann, auf den die Treibkraft übertragen werden soll.

so Die festen Platten 43 werden von starren Stangen 48 getragen, die in der Fundamentplatte 49 der Einrichtung verankert sind. Die Fundamentplatte 49 hat Anschlüsse 49 α für die Maschine oder den Maschinenteil, auf den die Treibkraft übertragen werden soll. Beiderseits einer von zwei biegsamen Wänden oder Membranen 41, 42 begrenzten Kammer 40 befindet sich je eine bewegliche Platte 50 bzw. 51. Die eine Platte 50 wird bei Zufuhr von Druckmittel in die Kammer 40 an die darunterliegende feste Platte 43 angepreßt und stützt sich darauf ab (Fig. 6). Die auf der anderen Seite der Kammer befindliche bewegliche Platte 51 wird gleichzeitig mit der Membran 41 nach oben verschoben und nimmt dabei eine darüberliegende Platte 53 mit, die mit den als Betätigungselement dienenden Stangen 44 fest verbunden ist. Wie¹ aus F i g. 6 ersichtlich ist, kommt dabei die Platte 53 nahezu in Berührung mit der darüberliegenden festen Platte 43. In jeder Kammer 40 befindet sich eine weitere Platte 55, die Gewindebohrungen 56 zum Anschluß von Druckmittelleitungen oder Schläuchen sowie Kanäle 57 hat, durch die das Druckmittel in die Kammer 40 strömt. Die Membranen 41, 42 sind an ihren Rändern mit Hilfe von Bolzen 60 mit der Zwischenplatte 55 verbunden.

Die Verschiebung der Platte 45 und der Kolbenstange 46 bei der Zufuhr von Druckmitteln erfolgt entgegen der Wirkung von Federpaketen 59.

Die in den F ig. 8 bis 10 gezeigte Einrichtung ist grundsätzlich dieselbe wie die in den F i g. 5 bis 7 gezeigte, doch erfolgt die Verschiebungsbewegung bei der Zufuhr vom Druckmittel in die Bohrungen 54 in Richtung gegen die Fundamentplatte 49. Auch enthält diese Einrichtung weniger und schwächere Federn als die vorher beschriebene Einrichtung. Die Federn 61 dienen ausschließlich als Rückstellfedern, die bei Druckentlastung in den Kammern 40 die Einrichtung in die Ausgangslage zurückführen. Wie in den Ausführungsbeispielen nach F i g. 1 bis 4 sind alle Kammern 40 von einer gemeinsamen äußeren Kammer umgeben und stehen mit dieser in Verbindung. Die äußere Kammer oder das Gehäuse ist an eine Druckquelle beliebigen Drucks anschließbar.

Je nach den Anforderungen an die Eigenschaften des Druckmittels, die zu übertragende Treibkraft, die Länge der Verschiebungsbewegung usw. können die Membranen aus Metall, Gummi, Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material bestehen.

Die Membranen können mit verschiedenen Verstärkungen versehen werden, beispielsweise mit verdickten Teilen, zentralen Verstärkungsscheiben, einer eingeprägten Spirale od. dgl. Besonders wenn die Membranen aus Gummi oder verstärktem Gummi

bestehen, können die Befestigungsorgane 19 a, 19 b an den Membranrändern anvulkanisiert sein und somit einen integrierenden Teil der Membran bilden. Dies gilt auch für Membranen, die beispielsweise aus gewissen Kunststoffen bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (12)

Patentansprüche:

1. Druckmittelbetätigter Antriebszylinder mit mehreren hintereinander angeordneten, abwechselnd aus feststehenden und verschiebbaren Wänden gebildeten Kammern, wobei die Kolbenstange mit den verschiebbaren Wänden der Kammern verbunden ist, und wobei die Zufuhr eines Druckmittels in die Kammern große, sich addierende Kräfte über die verschiebbaren Wände auf die Kolbenstange übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbaren Wände aus an den Umfangsrändern eingespannten Membranen (5) bestehen, die jeweils an den Verbindungssteilen mit der Kolbenstange (3) bzw. einem mit der Kolbenstange kraftschlüssig verbundenen Betätigungselement (2) eine Verstärkung (5 ii), wie einen verdickten Teil, Verstärkungsscheiben, eine eingeprägte Spirale od. dgl. besitzen, daß zwischen der Membran (5) einer Kammer (9) und der festen Wand (7) der nächsten Kammer (6) eine weitere feste Wand (8) angeordnet ist und wenigstens eine der beiden festen Wände ein Befestigungsorgan für die Membran trägt und daß die festen Wände (7, 8) im wesentlichen tellerförmig ausgebildet sind.

2. Antriebszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Wand (8) eine Begrenzungswand wenigstens einer der Kammern bildet.

3. Antriebszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Wand (7, 8) ein Befestigungsorgan (19 a bzw. 19 b) für die gegenüberliegende Membran (5) trägt.

4. Antriebszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die tellerförmigen festen Wände (7, 8) paarweise nebeneinander angeordnet und einander abgekehrt, sowie mit zentralen zusammenfallenden Öffnungen (10) für das Betätigungselement (2) versehen sind.

5. Antriebszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden eine Kammer (40) begrenzenden gegenüberliegenden Wände (41, 42) biegsam sind und daß zwischen zwei durch biegsame Wände begrenzten Kammern wenigstens eine zusammen mit einer biegsamen Wand bewegliche Verstärkung (53) angeordnet ist, die mittelbar oder unmittelbar auf das Betätigungselement wirkt (F i g. 5 bis 10).

6. Antriebszylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine biegsame Wand, die nicht kraftübertragend mit dem Betätigungselement verbunden ist, sich bei Druckmittelzufuhr zu den Kammern (40) in Richtung gegen -55 ein festes Organ (Platte 43) bewegt, so daß ein mit der biegsamen Wand zusammenwirkendes, verschiebbares Verstärkungsorgan (Platte 51) gegebenenfalls über ein weiteres verschiebbares Zwischenorgan (Platte 53) gegen das feste Organ (43) gedrückt wird.

7. Antriebszylinder nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement aus einer Anzahl symmetrisch angeordneter Stangen (44) besteht, die auf der Außenseite der biegsamen Wände geführt sind.

8. Antriebszylinder nath Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Organe (Platten 43) von festen Stangen (48) getragen werden, die in einer Fundamentplatte (49) verankert ■ sind, die mit Mitteln zum Anschluß an eine anzutreibende Maschine, einen Maschinenteil oder dgl. versehen ist.

<■). Antriebszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das mit den biegsamen Wänden verbundene Betätigungselement (2, 44) entgegen der. Wirkung von Federn (27, 59 bzw. 61) in der einen oder anderen Richtung verschiebbar ist.

10. Antriebszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsorgan aus zwei.ineinander gegenüberliegenden profilierten Ringen (19«, 19 6) aus einem elastischen Material, beispielsweise aus O-Ringen besteht, zwischen denen der Umfangsrand der biegsamen Wand (5) eingespannt ist.

11. Antriebszylinder nach Anspruch H), dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (19 α, 19 b) in einander zugekehrten ringförmigen Vertiefungen eingelegt sind, die in den Umfangsrändern zweier tellerförmiger fester Wände (7, 8) ausgebildet sind.

12. Antriebszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (6, 9, 40) von einer gemeinsamen äußeren Kammer umgeben sind und mit dieser in Verbindung stehen, wobei die äußere Kammer an eine Druckmittelquelle beliebigen Drucks anschließbar ist.