DE1938561A1 - Pneumatically driven cylinder with a small diameter piston - Google Patents
Pneumatically driven cylinder with a small diameter pistonInfo
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Description
1Q3ftRfi11Q3ftRfi1
46 74146 741
WARHEN CHIIDS BÜRGESS, JR.,WARHEN CHIIDS BÜRGESS, JR.,
31922 Lake Road, Avon Lake. Ohio 44012 (USA)31922 Lake Road, Avon Lake. Ohio 44012 (USA)
Pneumatisch getriebener Zylinder mit einem Kolben mit kleinem DurchmesserPneumatically driven cylinder with a small diameter piston
Die Erfindung betrifft einen pneumatisch getriebenen Zylinder mit einem einen kleinen Durchmesser aufweisenden Kolben. Derartige Zylinder werden für pneumatisch angetriebene, Vibrationen erzeugende Vorrichtungen mit im Zylinder frei hin und her bewegbarem Kolben verwendet.The invention relates to a pneumatically driven cylinder with a small diameter Pistons. Such cylinders are for pneumatically driven, vibration-generating devices with in the cylinder Free reciprocating piston used.
Es wurde festgestellt, daß bei pneumatisch angetriebenen, einen frei hin und her gehenden Kolben enthaltenden, Vibrationen erzeugenden Vorrichtungen ein Problem auftritt, das als "Pumpen" bekannt ist, wenn das Verhältnis des Außenumfanges des Kolbens zur Stirnfläche desselben 4 oder größer ist. Das "Pumpen", d. h. eine Zu- und Abnahme der Bewegung, macht sich durch eine Veränderung der Oscillationsfrequenz der gesamten Vorrichtung bemerkbar oime daß von außen steuerbare Parameter wie der Luftdruck oder die Menge der in Vibration zu versetzenden Körper verändert würden. Dieses "Pumpen" ist sehr oft ausreichend, um eine durch ein© derartige Vibrationsvorrichtung in Schwingung zn versetzende Vorrichtung aus der Sy^sroül-satioa mit der Bigen-Jfrequenz zu wsrfen.It has been found that pneumatically powered vibration generating devices containing a free reciprocating piston encounter a problem known as "pumping" when the ratio of the outer circumference of the piston to the face thereof is 4 or greater. The "pumping", ie an increase and decrease in the movement, becomes noticeable through a change in the oscillation frequency of the entire device, meaning that externally controllable parameters such as the air pressure or the amount of bodies to be vibrated would be changed. This "pumping" is very often sufficient to throw a device which is set in vibration by such a vibration device out of the syringe at the big frequency.
Warum diese l&@quenzänderuiEg ßtattfisxdetj ist si©ht genau bekannt« Si® kann auf ein® Veränderung äea ¥aWhy this l & @ quenzänderuiEg stattfisxdetj is very precise known «Si® can on a® change äea ¥ a
008852/13*r008852/13 * r
haltes im Gas zurückgeführt werden, das in den den frei hin und her bewegbaren Kolben enthaltenden Zylinder als Antriebemittel eingeleitet wird. Sie kann jedoch auch durch die Ablagerung eines Ölfilmes im Spiel zwischen der Oberfläche der Zylinderwand und der Oberfläche des hin und her gehenden Kolbens hervorgerufen werden, wobei dieser Film den auf den Kolben ausgeübten, der gewünschten Bewegung entgegengesetzten Widerstand erhöht.haltes are returned in the gas, which in the cylinder containing the freely movable piston as Drive means is initiated. However, it can also be caused by the deposition of an oil film in the play between the surface the cylinder wall and the surface of the reciprocating piston are caused, this film increases the resistance exerted on the piston in opposition to the desired movement.
Das geschilderte Problem tritt besonders stark bei Kolben mit kleinem Durchmesser auf, bei denen das Verhältnis zwischen dem Umfang zur Querschnittsfläche des Kolbens 4 oder größer ist. Das Verhältnis des Umfanges zur Fläche eines Kolbens beträgt bei einem einen Durchmesser von 25,4 mm aufweisenden Kolben 4. Beninern Kolben mit einem Durchmesser von 19 mm ist dieses Verhältnis bereits 5,33. Bei einem Kolben mit einem Durchmesser von 12,7 mm ist das Verhältnis auf 8 angestiegen. Je kleiner der Kolbendurchmesser, desto größer ist also dieses Verhältnis.The problem outlined is particularly pronounced with pistons small diameter, where the ratio between the circumference to the cross-sectional area of the piston 4 or larger. The ratio of the perimeter to the area of a piston is 4. Beninern pistons with a diameter of 25.4 mm from 19 mm this ratio is already 5.33. For a piston with a diameter of 12.7 mm, the ratio is increased to 8. The smaller the piston diameter, the greater this ratio.
Ein besonderes Problem bei den als "Pumpen" bezeichneten .Änderungen der Vibrationsfrequenz besteht darin, daß die anzutreibenden Vorrichtungen, beispielsweise ein Vibrationsförderbehälter, als Vervielfältiger oder Verstärker der dureh die Veränderungen der frequenz hervorgerufenen Ungleichförmigkeiten wirken. Dies ist besonders bei Behandlung von äußerst kleinen !eilen wichtig. Vibrationsfördervorrichtungen, mit denen man kleinste Seile fördern und an bestimmte Stellen abgeben kann, verwenden Vibrationserzeuger mit frei in einem Zylinder Un und her gehendem Kolben mit kleinem Durchmesser. Beispielsweise verwendet man Kolben mit einem Durchmesser von weniger als 19 mm. In solchen Pällen kann das "Pumpen n eine Veränderung der Schwinguagsamplitude der angetriebenen Vorrichtung hervorrufen, die bis zu 3 bis 10 mal größer alsA particular problem with the changes in the vibration frequency referred to as "pumps" is that the devices to be driven, for example a vibratory conveyor container, act as a multiplier or amplifier of the irregularities caused by the changes in the frequency. This is particularly important when dealing with extremely small rushes. Vibration conveying devices, with which one can convey the smallest ropes and deliver them to certain points, use vibration generators with pistons with a small diameter that move freely in a cylinder. For example, pistons with a diameter of less than 19 mm are used. In such cases, the "pumping n " can cause a change in the vibration amplitude of the driven device, which is up to 3 to 10 times greater than
00985271362 " 3 ~00985271362 " 3 ~
die für die Ausrüstung der Vorrichtung zulässigen Toleranzen 1st. Diese Veränderung kann dazu führen, daß ein oder mehrere Teile eine Vorrichtung umgehen, die von dieser Vorrichtung normalerweise zurückgewiesen werden müßten, so daß nicht richtig ausgerichtete oder aus anderen Gründen zurückzuweisende Teile weiter befördert werden. Venn derartige Teile in einem kontinuierlichen Arbeitsgang weiterlaufen, rufen sie häufig an in Arbeitsrichtung folgenden Stellen Schwierigkeiten hervor. Derartige Punktionsfehler müssen soweit wie möglich verringert oder ganz ausgeschlossen werden.the tolerances allowed for the equipment of the device 1st. This change may result in one or more parts of a device bypassing that device would normally have to be rejected so that they are not properly aligned or rejected for other reasons Parts are transported further. If such parts continue to run in a continuous operation, call they often show difficulties at the following points in the work direction. Such puncture errors must as far as possibly reduced or completely excluded.
Als Beispiel für eine pneumatisch getriebene, Vibrationen erzeugende Vorrichtung mit frei hin und her bewegbarem Kolben, bei der gemäß der vorliegenden Erfindung das "Pumpen11 gesteuert bzw. ganz ausgeschaltet werden soll, sei die USA-Patentschrift 2 861 548 des Anmelders genannt. Weiterhin sei auf die USA-Patentschrift 3 023 738 hingewiesen, um zu zeigen, wit eine Vibrationen erzeugende Vorrichtung mit frei hin und her bewegbarem Kolben in sehr wirkungsvoller Weise verwendet werden kann.As an example of a pneumatically driven, vibration-generating device with a freely reciprocating piston, in which, according to the present invention, the "pumping 11 is to be controlled or completely switched off, the applicant's US Pat. No. 2,861,548 may be mentioned. Furthermore referred to the US Patent 3,023,738, in order to show a vibration wit generating device with freely movable to and from pistons in very effective manner may be used.
Gemäß der Erfindung wurde gefunden, daß das sogenannte "Pumpen" bei pneumatisch angetriebenen, frei in einem Zylinder hin und her bewegbaren Kolben mit kleinem Durchmesser verringert oder ganz aufgehoben werden kann, indem man die Kolbenoberfläche, welche in einem minimalen Abstand von der Zylinderwand liegt, verkleinert.According to the invention it has been found that the so-called "Pumping" with pneumatically driven, free in one Cylinder reciprocating small diameter piston can be reduced or canceled entirely by one the piston surface which is at a minimal distance from the cylinder wall is reduced.
Beim Herstellen von pneumatisch getriebenen Zylindern ist das Spiel zwischen dem frei hin und her bewegbaren Kolben und der Zylinderwand normalerweise gleich wie bei Gleitlagern, beispielsweise zwischen 0,001 bis 0,003 mm pro MlllimeterSurchmesser. Bei Kolben mit kleinem Durchmesser, d. h. bei solchen mit einem Durchmesser von weniger als 2,5 cm,liegen die Toleranzen in der Größenordnung von 0,05When producing pneumatically driven cylinders, there is play between the piston, which can move freely back and forth and the cylinder wall is usually the same as with plain bearings, for example between 0.001 to 0.003 mm per Mlllimeter diameter. For pistons with a small diameter, d. H. for those with a diameter of less than 2.5 cm, the tolerances are on the order of 0.05
009852/1362 - 4 -009852/1362 - 4 -
bis 0,01? mm. Daher ist leicht einzusehen, daß, wenn Wasser oder öl in den Zwischenraum zwischen der Zylinderinnenwand und der Kolbenaußenwand bei einem Spiel in dieser Größenordnung gelangt, ein viskoser Zug auf den sich bewegenden Kolben ausgeübt wird, welcher zu einer frequenzänderung führt, die solange bestehen bleibt, bis der geschilderte Zustand beendet ist. Will man einen optimalen Wirkungsgrad der Torrichtung erzielen, so nimmt das zwischen Kolben und Zylinderwand vorhandene Spiel bzw. der vorhandene Abstand mit abnehmendem Durchmesser des Kolbens ab. Daher muß man erwarten, daß der aufgrund viskoser Geschwindigkeitsprofile auf den Kolben ausgeübte Zug oder die sonstige Hemmung viel schneller oder stärker mit vorübergehenden Änderungen des Dampf- oder Flüssigkeitsgehaltes, der In form von Tropfen im unter Druck stehenden Betätigungsgas, beispielsweise Druckluft, vorhanden ist, zunimmt. Das sogenannte "Pumpen*1 kann man durch Verringern der einen minimalen Abstand von der Innenwand des Zylinders aufweisenden Oberfläche des Kolbens unter Kontrolle bringen oder ganz aufheben.to 0.01? mm. It is therefore easy to see that if water or oil gets into the space between the inner wall of the cylinder and the outer wall of the piston with a clearance of this order of magnitude, a viscous pull is exerted on the moving piston, which leads to a change in frequency that lasts as long as until the described state is ended. If you want to achieve an optimal degree of efficiency of the door direction, the existing clearance between the piston and cylinder wall or the existing distance decreases as the diameter of the piston decreases. It must therefore be expected that the tension or other inhibition exerted on the piston due to viscous velocity profiles will increase much more rapidly or more strongly with temporary changes in the vapor or liquid content in the form of drops in the pressurized actuating gas, for example compressed air . The so-called "pumping * 1" can be brought under control or completely eliminated by reducing the surface of the piston having a minimal distance from the inner wall of the cylinder.
In der Zeichnung 1st als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein pneumatisch getriebener Zylinder mit frei hin und her bewegbarem Kolben zum Erzeugen von Vibrationen oder Schwingungen dargestellt, und zwar zeigtIn the drawing, an exemplary embodiment of the invention is a pneumatically driven cylinder with a free back and forth movable piston for generating vibrations or oscillations shown, namely shows
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Zylinder mit in ihm angeordnetem Kolben undFig. 1 shows a longitudinal section through the cylinder with piston arranged in it and
Pig. 2 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kolbens in gegenüber Zig. 1 vergrößertem Maßstab.Pig. 2 shows a side view of an embodiment of a piston designed according to the invention in relation to Zig. 1 enlarged scale.
In flg. 1 ist in einem Länge schnitt ein typischer pneumatisch getriebener Zylinder mit frei hin und her bewegbarem Kolben dargestellt, der als Vibrationen erzeugende VorrichtungIn flg. 1 a typical pneumatically driven cylinder with a freely movable to and fro is cut in one length Piston shown as a vibration generating device
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client und durch ein unter Druck stehendes Gras, beispielsweise Druckluft angetrieben wird· Diese Torrichtung besitzt ein Gehäuse 10 mit einem Einlaß 12 für unter Druck stehendes &as und Auslaßöffnungen 14 und 16. Der Einlaß 12 ist in der Mitte des im Gehäuse 10 befindlichen umschlossenen zylinderförmigen freien Raumes angeordnet und mündet in eine an der Gehäusewandung umlaufende Nut 18. Die Enden des zylinderförmigen Gehäuses 10 sind mit Stopfen 20 und 22 verschlossen, die vorzugsweise mit Preßsitz eingetrieben sind, so daß ein an beiden Enden dicht verschlossener Zylinder entsteht.client and through a pressurized grass, for example Compressed air is driven · This gate direction possesses a housing 10 having an inlet 12 for pressurized gas and outlet ports 14 and 16. Inlet 12 is in FIG Arranged in the middle of the enclosed cylindrical free space located in the housing 10 and opens into one of the Housing wall circumferential groove 18. The ends of the cylindrical housing 10 are closed with plugs 20 and 22, which are preferably driven in with a press fit so that a cylinder is formed that is tightly closed at both ends.
Im Gehäuse 10 ist ein frei hin und her bewegbarer Eolben 24 angeordnet, dessen Länge auf den Abstand zwischen den Auslaßöffnungen 14 und 16 abgestimmt ist, so daß der Kolben beide Auslaßöffnungen verschließt, wenn er sich in seinem mittleren Totpunkt befindet. Durch den Kolben 24 erstrecken sich in axialer Richtung Leitungen 26 und 28, die sich zu den Stirnflächen 30 bzw. 32 des Kolbens öffnen. Die Leitung 26 ist an ihrem inneren Ende mit einer radial but Außenfläche des Kolbens 24 verlaufenden Bohrung 34 verbunden, während das innere Ende der Leitung 28 in ähnlicher Weise über eine radiale Bohrung 36 mit der Mantelfläche des Kolbens 34 in Verbindung steht. Jede der Leitungen 26 und 28 ist langer als die halbe Kolbenlänge, so daß die radialen Bohrungen 34 und 36 gegeneinander versetzt angeordnet sind. Die radialen Bohrungen 34 und 36 dienen dazu, um abwechselnd mit der umlaufenden Nut 18 beim Hin-und Eer^gshen des Kolbens 24 im zylinderförmigen Gehäuse 10 in Verbindung zu treten und durch diese Hut Antriebagas aufzunehmen. Die Arbeitsweise des im zylinderförmigen Gehäuse 10 befindlichen Kolbens 24 ist im übrigen im einzelnen in der USA-£atentschrift 2 861 548 beschrieben»In the housing 10 there is a piston 24 which can be moved freely to and fro arranged, its length to the distance between the outlet openings 14 and 16 is matched so that the piston closes both outlet openings when it is in his center dead center is located. Lines 26 and 28, which close to each other, extend through the piston 24 in the axial direction open the end faces 30 and 32 of the piston. The conduit 26 is at its inner end with a radially but outer surface of the piston 24 extending bore 34, while the inner end of the conduit 28 in a similar manner via a radial bore 36 with the lateral surface of the piston 34 is in connection. Each of the lines 26 and 28 is longer than half the piston length, so that the radial Bores 34 and 36 are arranged offset from one another. The radial bores 34 and 36 serve to alternately with the circumferential groove 18 when the piston is pushed back and forth 24 in the cylindrical housing 10 to connect and through this hat to take in drive agas. The operation of the piston located in the cylindrical housing 10 For the rest, 24 is in detail in the United States' patent 2 861 548 described »
Der in Pig. 2 in Seitenansicht dargestellte Kolben 24' besitzt geometrisch gesprochen die 3?orm einen eohten ZylindersThe one in Pig. 2 has piston 24 'shown in side view geometrically speaking the 3? form of a hollow cylinder
009852/ ia.J8.2 " 6 -009852 / ia.J8.2 " 6 -
und weist an seinen Enden ringförmige Stege 38 und 40 auf, während sich in seinem mittleren Bereich ein breiterer Steg 42 befindet. Die Stege 38, 40 und 42 besitzen einen Außendurchmesser, der gleich dem "Tollen" Außendurchmesser des Kolbens 24 ist und beispielsweise 12,46 + 0,01 mm beträgt. Zwischen jedem der äußeren Stege 38 und 40 und dem zwischen diesen beiden befindlichen mittleren Steg 42 sind Ausnehmungen in Porm von Nuten 44 bzw. * 46 vorgesehen. Der Kolben 24 besitzt im Bereich dieser Futen einen Außendurchmesser von 12,34 + 0,05 mm.and has annular webs 38 and 40 at its ends, while a wider web 42 is located in its central area. The webs 38, 40 and 42 have an outer diameter which is equal to the "great" outer diameter of the Piston 24 is and is, for example, 12.46 + 0.01 mm. There are recesses between each of the outer webs 38 and 40 and the central web 42 located between these two in Porm of grooves 44 and * 46 provided. The piston 24 has an outside diameter in the area of these grooves of 12.34 + 0.05 mm.
An den Enden des Kolbens 24 sind vorzugsweise Vorsprünge 48 und 50 vorgesehen, um Beschädigungen des Kolbens wirksam zu vermeiden, falls derselbe beispielsweise gegen die Terschlußstopfen 20 und 22 stoßen sollte. Die Breite der an den Enden des Kolbens vorgesehenen Stege beträgt beispielsweise 1,3 mm. Die Breite der Hüten 44 und 46 beträgt in axialer Richtung gemessen beispielsweise 5 mm, während der mittlere Steg 42 beispielsweise eine Breite von 11,4 mm aufweist. Die Hittellinie jeder der radialen Bohrungen 34 und 36 liegt 15,5 am vom welter entfernten Ende des Kolbens 24 entfernt, während der Durchmesser der radialen Bohrungen und der axial verlaufenden Leitungen 26 und 28 vorzugsweise 2,4 mm beträgt. Der Kolben 24 besitzt beispielsweise eine Gesamtlänge von 26,2 mm.Projections 48 and 50 are preferably provided on the ends of the piston 24 in order to effectively prevent damage to the piston to be avoided if the same e.g. against the End plug 20 and 22 should hit. The width of the the ends of the piston provided webs is, for example, 1.3 mm. The width of hats 44 and 46 is in measured in the axial direction, for example 5 mm, while the middle web 42 has a width of 11.4 mm, for example having. The center line of each of the radial bores 34 and 36 is 15.5 at the distal end of the piston 24 removed while the diameter of the radial bores and the axially extending lines 26 and 28 are preferably 2.4 mm. The piston 24 has, for example, a Total length of 26.2 mm.
Die vorstehend beschriebenen Abmessungen betreffen einen Halbzollkolben,, der praktisch kein "Pumpen11 trägt. Wenn der Halbzollkolben unter denselben Bedingungen arbeitet, jedochThe dimensions described above relate to a half inch piston " carrying practically no" pumps 11. If the half inch piston operates under the same conditions, however
aufweist, eine glatte Oberfläche wie in der USA-Patentschrift 2 861 54By has a smooth surface as in U.S. Patent 2,861,54By
mit Druckluft» die Feuchtigkeit oder öl enthält, betrieben wird, tritt von Zeit zu Zeit das sogenannte "Pumpen11 auf.is operated with compressed air containing moisture or oil, so-called "pumping" 11 occurs from time to time.
Durch die einfache Vorkehrung, die Kolbenoberfläche, welche einen minimalen Abstand von der Zylinderwandung hat, durchBy the simple precaution, the piston surface which has a minimal distance from the cylinder wall
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Einschleifen der Nuten 44 und 46 nahe den beiden Enden des Kolbens eu verringern, wird das "Pumpen" auf ein Minimum herabgesetzt oder sogar ganz beseitigt.Grinding in the grooves 44 and 46 near the two ends of the piston will reduce "pumping" to a minimum reduced or even eliminated entirely.
Anstatt nur eine Ausnehmung nahe jedem Ende des Kolbens vorzusehen, wie Fig. 2 zeigt, kann man die einen minimalen Abstand von der Zylinderwandung aufweitende Kolbenoberfläche auch dadurch verringern, daß man eine Vielzahl von Ausnehmungen oder Nuten vorsieht, so daß der Kolben eine größere Anzahl von Stegen als in Fig. 2 dargestellt aufweist. Andererseits ist es auch möglich, wendeiförmige Nuten beispielsweise in Form von Gewindegängen in die Kolbenoberfläche einzuarbeiten, da derartige Nuten dieselbe Wirkung haben. Somit kann jede geeignete Torkehrung getroffen werden, um die in einem minimalen Abstand von der zylinderföraigen Gehäuseinnenwand liegende Kolbenoberfläche zu verringern, um das sogenannte "Pumpen" bei pneumatisch getriebenen, einen frei hin und her bewegbaren Kolben aufweisenden Vibrationserzeugern zu vermeiden.Rather than having just one recess near each end of the piston as shown in Figure 2, one can have a minimal one Also reduce the distance from the cylinder wall expanding piston surface by providing a plurality of recesses or grooves so that the piston has a has a greater number of webs than shown in FIG. On the other hand, it is also possible to use helical grooves work into the piston surface, for example in the form of threads, since such grooves have the same effect to have. Thus, any suitable gate precaution can be taken to keep a minimum distance from the cylinder To reduce the piston surface lying on the inside wall of the housing in order to avoid the so-called "pumping" of pneumatically driven, to avoid vibration generators having a freely movable piston.
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