DE19547187A1 - Pneumatisch beaufschlagbarer Arbeitszylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatisch beaufschlagbaren Arbeitszylinder gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zum Stand der Technik zählt ein motorisch betriebener Ar­ beitszylinder in Form eines sogenannten Freikolbenmotors. Hierbei wird ein Gewicht über einen im Zylindergehäuse gedichteten und mit Steuerkanten versehenen Freikolben in oszillierende Schwingung versetzt. Durch den Luftstrom ist vorwiegend der Hub des Freikolbens, weniger die Fre­ quenz, regelbar.

Zum Stand der Technik zählt ferner ein Freikolbenmotor, bei welchem Ventile in die Steuerleitungen eingegliedert sind, die der Freikolben indirekt durch Druckgefälle steuert.

Typische Einsatzfälle eines Freikolbenmotors sind schla­ gende Druckluftmaschinen, wie z. B. Pneumatikhämmer.

Der Vorteil eines Freikolbenmotors ist die relativ robu­ ste Konstruktion mit nur wenig bewegten Teilen. Ein we­ sentlicher Nachteil ist aber der geringe Wirkungsgrad. Darüber hinaus ist es von Nachteil, daß ein Freikolbenmo­ tor starke Geräusche entwickelt und für präzise An­ triebsaufgaben nicht eingesetzt werden kann.

Desweiteren ist es bekannt, pneumatisch beaufschlagbare Arbeitszylinder in Form von Hubkolbenmotoren mit zwangs­ gesteuerten Ein- und Auslaßventilen oder adäquaten Schie­ bern zu versehen. Derartige Hubkolbenmotore besitzen eine relativ große Ähnlichkeit mit Verbrennungs-Hubkolbenmoto­ ren. Sie sind jedoch wegen der komplizierten Steuerung in ihrer Herstellung sehr kostspielig.

Darüber hinaus zählen vom Volumen her kleine Modell- Kohlendioxyd-Motoren mit einfachen Kugelsteuerungen zum Stand der Technik. Bei diesen Motoren ist jeweils in die zum Zylinderkopf führende Druckleitung eine kleine Kugel eingebaut. Sie wird vom Kolben in dessen oberer Totlage kurzzeitig in die Druckleitung verlagert, wobei dann Koh­ lendioxyd unter hohem Druck den Arbeitsraum füllt. Ge­ langt der Kolben in die Nähe der unteren Totlage, strömt das Kohlendioxyd über Schlitze nach außen ab.

Derartige Motoren arbeiten mit Gasexpansion und hoher Drehzahl. Die Steuerung ist vergleichsweise einfach ge­ staltet, indessen nur mit einem Kurbeltrieb realisierbar. Im wesentlichen ähnelt die Steuerung einer Freikolben­ steuerung und weist demzufolge im Prinzip auch dieselben Nachteile auf.

Schließlich sind pneumatisch beaufschlagbare Arbeitszy­ linder bekannt, die Steuerungen mit einem vorgesteuerten Luftschieber aufweisen. Sie umfassen einen Luftzylinder, in dessen Zylinderdeckel ein Schieber eingebaut ist. Der Schieber steuert die Zu- und Abluft für den Luftzylinder in Abhängigkeit von der Kolbenstellung. Der folglich mit pneumatischer Vorsteuerung arbeitende Schieber besitzt derart gestaltete wirksame Kolbenflächen, daß ein kleines Pilotventil den Schieber über Hilfsluftbohrungen umsteu­ ern kann. Der eigentliche Arbeitskolben betätigt in sei­ nen Endlagen das Pilotventil und der Schieber verbindet die Zuluft mit dem Arbeitszylinder oder er läßt die Ab­ luft entweichen.

Diese Art der Umsteuerung ermöglicht zwar eine relativ exakte Steuerung von z. B. Druckübersetzern, erweist sich aber als sehr geräuschintensiv und ist außerdem ver­ gleichsweise kompliziert aufgebaut.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen pneumatisch beaufschlagbaren Ar­ beitszylinder, insbesondere in Form eines Hubkolbenmo­ tors, zu schaffen, der lediglich wenige bewegte Bauteile besitzt, die einfach zu fertigen und außerdem zu ihrer Herstellung eine nur geringe Präzision erfordern.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Erfindungsgemäß steht das über die Zuführung im Zuluft­ raum wirksame Arbeitsmedium mit konstantem Druck an. Es befindet sich kein Steuerorgan in der Zuführung. Diese kann daher beispielsweise durch eine einfache Bohrung in einem stirnseitigen Deckel des Zylindergehäuses gebildet sein. Mithin ist der Arbeitsdruck allein von dem Vordruck in der das Arbeitsmedium heranführenden Leitung, bei­ spielsweise einer Druckluftleitung, abhängig. Dadurch wird über den Gehäusedeckel eine konstante Kraft auf den Kolben ausgeübt. Diese ermöglicht es, den Gehäusedeckel einfach gestalten und ihn damit auch wirtschaftlich fer­ tigen zu können.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung wird darin erblickt, daß das die Umsteuerung des Kolbens in seinen Endlagen bewirkende Steuerorgan unmittelbar in den Kolben integriert ist. Hierbei handelt es sich mindestens um ein Steuerorgan. Gegebenenfalls können auch mehrere Steuerorgane vorgesehen sein.

Das Steuerorgan ist so ausgebildet, daß es in der Ar­ beitshubendlage rein mechanisch umsteuerbar ist. Das Ar­ beitsmedium kann dann durch das jetzt geöffnete Steueror­ gan im Kolben strömen, anschließend in den Abluftraum ge­ langen und von hier das Zylindergehäuse verlassen. Hat der Kolben die Arbeitshubendlage erreicht, entsteht ein Druckausgleich zwischen dem Zuluftraum und dem Abluft­ raum, so daß die Rückstellfeder den Kolben bei weiterhin geöffnetem Steuerorgan so weit zurückschieben kann, bis die Rückhubendlage erreicht ist. In der Rückhubendlage schließt das Steuerorgan wieder, so daß ein weiteres Ar­ beitsspiel beginnen kann. Hierbei bleibt das Steuerorgan geschlossen, d. h. es ist kein Übertritt des Arbeitsme­ diums aus dem Zuluftraum in den Abluftraum möglich.

Es handelt sich bei dem erfindungsgemäßen pneumatisch be­ aufschlagbaren Arbeitszylinder sozusagen um eine Gleich­ strombauart, bei welcher das Arbeitsmedium stets gleich­ mäßig abströmt. Allerdings erfolgt der Rückhub des Kol­ bens bauartbedingt wesentlich schneller als der Arbeits­ hub. Der Kolben ist zweckmäßig mit einem aus dem Zylin­ dergehäuse geführten stangenartigen Betätigungsglied (z. B. eine Kolbenstange) versehen, über das aktorisch auf weitere Organe eingewirkt werden kann. D. h. der Arbeits­ zylinder ist sowohl als Motor als auch als Pumpe mit gleichen Vorteilen einsetzbar.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungs­ gemäßen Grundgedankens wird in den Merkmalen des An­ spruchs 2 gesehen. Danach verläßt das Arbeitsmedium den Abluftraum über mindestens eine Drosselstelle. Durch eine geeignete Auslegung dieser Drosselstelle in Verbindung mit darauf abgestellten Querschnitten der Zuführung für das Arbeitsmedium sowie der Überströmquerschnitte im Kol­ ben bei geöffnetem Steuerorgan besitzt der Arbeitszylin­ der gedämpfte Laufeigenschaften, wobei der Abluftraum auch als Schalldämpfer wirkt. In den Endlagen des Kolbens wird seine Bewegung wirksam gedämpft. Die Drosselstelle kann in der Wand des Zylindergehäuses und/oder im Gehäu­ sedeckel vorgesehen sein.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Merkmalen des Anspruchs 3 gekennzeichnet. Befindet sich der Kolben in der Rückhubendlage, so wird der Dicht­ körper durch den benachbarten Gehäusedeckel des Zylinder­ gehäuses gegen die vergleichweise schwache Rückstellkraft einer Feder, insbesondere einer Schraubendruckfeder, auf den Dichtsitz am Kolben gedrückt. Dies wird dadurch er­ reicht, daß die Stirnseite des Dichtkörpers über die Stirnseite des Kolbens zum Gehäusedeckel hin vorsteht. Die Rückhubendlage des Kolbens wird durch eine im Abluft­ raum befindliche Rückstellfeder gesichert, welche insbe­ sondere als Schraubendruckfeder ausgebildet ist.

Wird über die Zuführung das Arbeitsmedium, beispielsweise Druckluft, in den Zuluftraum eingeleitet, so verläßt der Kolben die Rückhubendlage und bewegt sich in Richtung auf den gegenüberliegenden Gehäusedeckel. Hierbei verbleibt der Dichtkörper in seiner dichtenden Position auf dem Kolben, weil der Druckunterschied zwischen dem Zuluftraum und dem Abluftraum größer als die Kraft der Feder im Dichtkörper bemessen ist. Der Arbeitshub des Kolbens wird ausgeführt, wobei die Geschwindigkeit des Kolbens durch Massenkräfte, Reibung und - wie vorstehend erwähnt - durch eine geeignete Bemessung der Drosselstelle begrenzt ist. Erreicht der Kolben die Arbeitshubendlage, gelangt der dem Dichtkörper zugeordnete Stößel in Kontakt mit dem den Abluftraum begrenzenden Gehäusedeckel. Dadurch hebt sich der Dichtkörper vom Kolben ab und der den Zuluftraum mit dem Abluftraum verbindende Überströmkanal im Kolben wird geöffnet. Es entsteht ein Druckausgleich zwischen dem Zuluftraum und dem Abluftraum. Folglich ist die Rückstellfeder jetzt in der Lage, den Kolben bei ge­ öffnetem Steuerorgan in die Rückhubendlage zu bewegen. Hierbei kann durch eine entsprechende Bemessung der Dros­ selstelle nur wenig Arbeitsmedium aus dem Abluftraum ent­ weichen.

Hat der Kolben die Rückhubendlage erreicht, wird der Dichtkörper durch den den Zuluftraum begrenzenden Gehäu­ sedeckel wieder dichtend auf den Kolben gedrückt, so daß ein neues Arbeitsspiel beginnen kann.

Der Stößel kann am Dichtkörper anliegen. Eine demgegen­ über bevorzugte Ausführungsform wird aber in den Merkma­ len des Anspruchs 4 gesehen, wonach der Stößel federnd mit dem Dichtkörper verbunden ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform wird in den Merkmalen des Anspruchs 5 gesehen. In diesem Fall ist im Kolben ein Schieber in zwei Positionen arretierbar gela­ gert. In der Sperrposition für das Arbeitsmedium steht die Stirnseite des Schiebers über die der Zuführung des Arbeitsmediums zugewandte Stirnseite des Kolbens vor.

Außerdem schließt in der Sperrposition die der Zuführung abgewandte Stirnseite des Schiebers auch den im Kolben befindlichen Überströmkanal für das Arbeitsmedium. Dem Schieber ist, wie bei der vorstehend beschriebenen Aus­ führungsform, ein Stößel zugeordnet, der den Kolben re­ lativ beweglich durchsetzt und gegenüber der den Abluft­ raum begrenzenden Stirnseite des Kolbens vorsteht.

Ohne Beaufschlagung durch ein Arbeitsmedium hält die Rückstellfeder den Kolben in der Rückhubendlage, wobei durch den den Zuluftraum begrenzenden Gehäusedeckel der Schieber in die Sperrposition verlagert und hier arre­ tiert ist. Nachdem Arbeitsmedium in den Zuluftraum einge­ leitet wurde, wird der Kolben mit dem lagerarretierten Schieber verlagert, bis daß der dem Schieber zugeordnete Stößel den den Abluftraum begrenzenden Gehäusedeckel kon­ taktiert und aufgrund der dann noch weiter erfolgenden Bewegung des Kolbens den Schieber aus der Sperrposition in die Überströmposition verlagert, in welcher der Schie­ ber wiederum im Kolben lagearretiert wird. Nunmehr kann das Arbeitsmedium über den Schieber und den Überströmka­ nal im Kolben in den Abluftraum treten und über die am Abluftraum vorgesehene Drosselstelle abströmen. Es ent­ steht ein Druckausgleich zwischen dem Zuluftraum und dem Abluftraum, so daß die Rückstellfeder bei zunächst geöff­ netem Steuerorgan den Kolben jetzt wieder in die Rück­ hubendlage bewegt. Bei Kontakt der Stirnseite des Schie­ bers mit dem den Zuluftraum begrenzenden Gehäusedeckel wird der Schieber in die Sperrposition überführt, damit das Übertreten von Arbeitsmedium aus dem Zuluftraum über den Kolben in den Abluftraum unterbunden, so daß ein wei­ teres Arbeitsspiel beginnen kann.

Der Schieber kann insbesondere rohrförmig ausgebildet und in einer entsprechenden Ausnehmung im Kolben geführt sein. Er kann überdies mit wenigstens teilweisem Druck­ ausgleich gestaltet sein und demzufolge nur geringe Um­ steuerkräfte benötigen.

Der dem Schieber zugeordnete Stößel kann an diesem anlie­ gen. Bevorzugt ist er aber gemäß Anspruch 6 federnd mit dem Schieber verbunden.

Die Arretierung des Schiebers im Kolben, und zwar sowohl in der Sperrposition als auch in der Überströmposition, kann auf verschiedene Art und Weise bewirkt werden.

Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 7 besteht eine Ausführungsform darin, daß im Schieber eine Querbohrung vorgesehen ist und in dieser Querbohrung zwei Rastkugeln gelagert sind, welche durch eine Schraubendruckfeder in entgegengesetzte Richtungen belastet werden. In der Wan­ dung der den Schieber führenden Ausnehmung im Kolben sind dann in zwei nebeneinander verlaufenden Querebenen Rastausnehmungen in Form von Aussparungen vorgesehen. Diese Aussparungen haben verschiedene Tiefen, wobei die Aussparungen der Sperrposition weniger tief ausgebildet sind als die Aussparungen der Überströmposition. Folglich kann auch die Arretierlage in der Sperrposition leichter gegen die Rückstellkraft der die Rastkugeln belastenden Schraubendruckfeder aufgehoben werden als die Arretier­ lage des Schiebers in der Überströmposition.

Statt der Rastkugeln und Aussparungen ist es gemäß An­ spruch 8 aber auch denkbar, daß der Schieber durch Magnete sowohl in der Sperrposition als auch in der Über­ strömposition im Kolben lagearretiert werden kann.

Eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Grund­ gedankens ist im Anspruch 9 gekennzeichnet. Danach ist ein topfartiger Dichtkörper fliegend in den Kolben einge­ gliedert. Dazu besitzt der Kolben eine entsprechende Aus­ nehmung, die in Richtung zum Zuluftraum offen ist. Der Dichtkörper ist in diese Ausnehmung eingesetzt und gegen­ über dem Boden der Ausnehmung durch eine Feder, insbeson­ dere eine Schraubendruckfeder, abgestützt. Während die Stirnseite des Dichtkörpers über die Stirnseite des Kol­ bens in den Zuluftraum vorsteht, verschließt die umfangs­ seitige Wand des Dichtkörpers in der Sperrposition minde­ stens einen, bevorzugt mehrere Überströmkanäle im Kolben.

Desweiteren ist in den Dichtkörper oder in den Kolben ein Vorsteuerglied integriert. Dieses Vorsteuerglied hat die Aufgabe, in der Arbeitshubendlage einen Druckausgleich am Kolben herbeizuführen, in dem Sinne, daß das Steuerorgan geöffnet und dann der Überströmquerschnitt im Kolben freigegeben wird. Hierfür besitzt der Dichtkörper minde­ stens einen Durchtrittskanal, welcher in der Sperrposi­ tion verschlossen ist und in der Überströmposition den Zuluftraum mit dem Überströmquerschnitt im Kolben verbin­ det.

Gemäß Anspruch 8 ist das Vorsteuerglied bevorzugt als Pilotventil mit mindestens einem den Kolben durchsetzen­ den Ventilstößel ausgebildet. Das Pilotventil ist in den Boden des topfartigen Dichtkörpers eingegliedert. Kontak­ tiert der Ventilstößel in der Arbeitshubendlage den den Abluftraum begrenzenden Gehäusedeckel, wird das Pilotven­ til geöffnet und es entsteht ein Druckausgleich zwischen dem Zuluftraum und dem Innern des Dichtkörpers. Dadurch kann jetzt die Rückstellkraft der auf den Dichtkörper lastenden Feder wirksam werden und das Arbeitsmedium kann über den Dichtkörper und den Kolben in den Abluftraum eintreten und von dort über eine Drossel das Zylinderge­ häuse verlassen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnun­ gen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Im schematischen Vertikalschnitt einen Ar­ beitszylinder in der Rückhubendlage;

Fig. 2 im schematischen Vertikalschnitt den Arbeits­ zylinder der Fig. 1 in der Arbeitshubend­ lage;

Fig. 3 im schematischen vertikalen Teilschnitt einen Arbeitszylinder gemäß einer weiteren Ausfüh­ rungsform in der Rückhubendlage;

Fig. 4 im schematischen vertikalen Teilschnitt den Arbeitszylinder der Fig. 3 in der Arbeitshubendlage;

Fig. 5 im schematischen vertikalen Teilschnitt einen Arbeitszylinder gemäß einer dritten Ausfüh­ rungsform in der Rückhubendlage und

Fig. 6 im schematischen vertikalen Teilschnitt den Arbeitszylinder der Fig. 5 in der Arbeitshubendlage.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 ein mit Druckluft D be­ aufschlagbarer Arbeitszylinder bezeichnet. Der Arbeitszy­ linder 1 umfaßt ein Zylindergehäuse 2 mit zwei endseiti­ gen Gehäusedeckeln 3, 4. Im Zylindergehäuse 2 ist ein Kol­ ben 5 abgedichtet geführt. Dazu besitzt der Kolben 5 eine umlaufende Dichtung 6. Der Kolben 5 ist mit einer Kolben­ stange 7 verbunden, die eine Dichtung 8 im Gehäusedeckel 4 durchgreift.

Der Kolben 5 ist einerseits über eine Zuführung 9 im Ge­ häusedeckel 3 mit der Druckluft D beaufschlagbar. Die Zu­ führung 9 mündet in den Zuluftraum 10 des Arbeitszylin­ ders 1. Andererseits wird der Kolben 5 durch eine Schrau­ bendruckfeder 11 belastet, die bestrebt ist, den Kolben 5 ständig in Richtung auf den Gehäusedeckel 3 zu bewegen.

Im Kolben 5 befinden sich mehrere Überströmkanäle 12, die einerseits in die dem Gehäusedeckel 4 zugewandte Stirn­ seite 13 und andererseits in eine Ausnehmung 14 im Kolben 5 münden, die von einem scheibenartigen Dichtkörper 15 als Bestandteil eines Steuerorgans STO abgedeckt ist. Der Dichtkörper 15 wird von einer Schraubendruckfeder 16 be­ lastet, die sich am Boden 17 der Ausnehmung 14 abstützt. Außerdem sind mit dem Dichtkörper 15 Stößel 18 federnd verbunden, welche den Kolben 5 relativ beweglich durch­ setzen und in der Sperrposition SP gemäß Fig. 1 über die Stirnseite 13 vorstehen.

Bei Nichtbeaufschlagung des Zuluftraums 10 mit Druckluft D hält die Schraubendruckfeder 11 den Kolben 5 in der Rückhubendlage gemäß Fig. 1, wobei durch die Anlage der Stirnseite 19 des Dichtkörpers 15 am Gehäusedeckel 3 der Dichtkörper 15 gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 16 auf die Stirnseite 20 des Kolbens 5 gepreßt wird.

Bei Beaufschlagung des Zuluftraums 10 mit Druckluft D über die Zuführung 9 im Gehäusedeckel 3 wird der Kolben 5 gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 11 in Richtung auf die Arbeitshubendlage gemäß Fig. 2 bewegt, wobei aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem Zuluftraum 10 und dem Abluftraum 21 das Steuerorgan STO im Kolben 5 ge­ schlossen bleibt.

Kurz vor Erreichen der Arbeitshubendlage kontaktieren die Stirnseiten der Stößel 18 den Gehäusedeckel 4 und heben dadurch den Dichtkörper 15 von der Stirnseite 20 des Kol­ bens 5 ab. Die Druckluft D kann jetzt gemäß den in der Fig. 2 eingezeichneten Pfeilen PF am Dichtkörper 15 vor­ bei durch die Überströmkanäle 12 im Kolben 5 fließen, dann in den Abluftraum 21 gelangen und von hier über eine Drosselstelle 22 im Gehäusedeckel 4 abströmen (Überströmposition ÜP). Auf diese Weise entsteht ein Druckausgleich zwischen dem Zuluftraum 10 und dem Abluft­ raum 21 mit der Folge, daß die Schraubendruckfeder 11 den Kolben 5 aus der in Fig. 2 dargestellten Arbeitshubend­ lage in die Rückhubendlage gemäß Fig. 1 zurückdrücken kann. Kontaktiert dann bei diesem Rückhub die Stirnseite 19 des Dichtkörpers 15 den Gehäusedeckel 3, so wird der Dichtkörper 15 wieder gegen die Kraft der Schraubendruck­ feder 16 auf den Kolben 5 gepreßt, so daß ein neues Ar­ beitsspiel beginnen kann.

Im Falle der Ausführungsform der Fig. 3 und 4 weist das Steuerorgan STO 1 einen im Kolben 5a verlagerbaren zapfenartigen Schieber 23 auf. Dieser gegebenenfalls aus Kunststoff bestehende Schieber 23 steht in der Sperrposi­ tion SP des Steuerorgans STO 1 gemäß Fig. 3 mit seiner Stirnseite 24 über die Stirnseite 25 des Kolbens 5a vor und liegt am Gehäusedeckel 3 an. Die andere kreisringför­ mig ausgebildete Stirnseite 26 des Schiebers 23 mit einer umfangsseitigen Steuerkante 27 liegt in der Sperrposition SP gemäß Fig. 3 am Boden 28 einer den Schieber 23 auf­ nehmenden Ausnehmung 29 im Kolben 5a dichtend an. Diese Sperrposition SP des Schiebers 23 wird durch zwei von einer Schraubendruckfeder 30 belastete Rastkugeln 31 ge­ währleistet, die in einer Querbohrung 32 des Schiebers 23 verlagerbar und durch die Schraubendruckfeder 30 in Aus­ sparungen 33 des Kolbens 5a gedrückt sind. Der Kolben 5a faßt mit einer Kolbenstange 7 durch eine Dichtung 8 im Gehäusedeckel 4.

In der Sperrposition SP gemäß Fig. 3 verhindert folglich der mit mehreren Überströmkanälen 34 versehene Schieber 23 einen Übertritt der Druckluft D aus dem Zuluftraum 10 über den Kolben 5a in den Abluftraum 21. Die Über­ strömkanäle 34 münden einerseits in die Stirnseite 24 des Schiebers 23 und andererseits in eine zentrale Ausnehmung 35 im Schieber 23 unterhalb der die Rastkugeln 31 und die Schraubendruckfeder 30 aufnehmenden Querbohrung 32.

Ferner ist zu erkennen, daß dem Schieber 23 Stößel 36 federnd zugeordnet sind, welche über die dem Abluftraum 21 zugewandte Stirnseite 37 des Kolbens 5a vorragen.

Wird durch Beaufschlagung des Zuluftraums 10 mit Druck­ luft D über die Zuführung 9 im Gehäusedeckel 3 der Kolben 5a in Richtung auf den anderen Gehäusedeckel 4 (Fig. 4) verlagert, so übersteigt der Druck der Druckluft D die Kraft der im Abluftraum 21 auf den Kolben 5a wirkenden Schraubendruckfeder 11 und verschiebt den Kolben 5a in Richtung zum Gehäusedeckel 4. Kurz vor Erreichen der Ar­ beitshubendlage kontaktieren die Stößel 36 den Gehäuse­ deckel 4 und verschieben bei Weiterverlagerung des Kol­ bens 5a in Richtung zum Gehäusedeckel 4 den Schieber 23 aus der in der Fig. 3 gezeichneten Sperrposition SP in die in der Fig. 4 gezeichnete Überströmposition ÜP. In dieser Überströmposition ÜP fassen die Rastkugeln 31 in Ausnehmungen 38 im Kolben 5a ein, die tiefer als die Aus­ sparungen 33 der Sperrposition SP sind. In dieser Über­ strömposition ÜP hat die Steuerkante 27 den Weg aus dem Innern 35 des Schiebers 23 über die Überströmkanäle 39 im Kolben 5a freigegeben, so daß nunmehr die Druckluft D aus dem Zuluftraum 10 über die Überströmkanäle 34 im Schieber 23, den Raum 35 im Schieber 23, die Ausnehmung 29 im Kol­ ben 5a und die Überströmkanäle 39 in den Abluftraum 21 treten und aus diesem über eine Drosselstelle 22 in der Wand des Zylindergehäuses 2 aus dem Arbeitszylinder 1a strömen kann.

Auf diese Weise erfolgt wiederum ein Druckausgleich zwi­ schen dem Zuluftraum 10 und dem Abluftraum 21 mit dem Er­ gebnis, daß die Schraubendruckfeder 11 nunmehr den Kolben 5a bei in der Überströmposition ÜP befindlichem Schieber 23 in Richtung auf den den Zuluftraum 10 begrenzenden Ge­ häusedeckel 3 verlagern kann. Kontaktiert dann die Stirn­ seite 24 des Schiebers 23 den Gehäusedeckel 3, wird die Überströmposition ÜP gemäß Fig. 4 aufgehoben und der Schieber 23 wieder in den Kolben 5a gedrückt, bis die kreisringförmige Stirnseite 26 des Schiebers 23 auf dem Boden 28 der Ausnehmung 29 liegt, damit die Verbindung zwischen der Ausnehmung 35 im Schieber 23 und den Über­ strömkanälen 39 geschlossen wird und die Rastkugeln 31 in die die Sperrposition SP gemäß Fig. 3 definierenden Aus­ sparungen 33 gedrückt werden.

Der Arbeitszylinder 1a ist für ein weiteres Arbeitsspiel bereit.

Die Ausführungsform eines pneumatisch beaufschlagbaren Arbeitszylinders 1b gemäß den Fig. 5 und 6 umfaßt zunächst wiederum ein Zylindergehäuse 2 mit endseitigen Gehäusedeckeln 3, 4. Im Zylindergehäuse 2 ist ein Kolben 5b mit Kolbenstange 7 abgedichtet verschiebbar. Auf der einen Seite des Kolbens 5b steht im Zuluftraum 10 über eine Zuführung 9 im Gehäusedeckel 3 Druckluft D an, wäh­ rend auf der anderen Seite des Kolbens 5b im Abluftraum 21 eine Schraubendruckfeder 11 zwischen dem Gehäusedeckel 4 und dem Kolben 5b angeordnet ist.

Der Kolben 5b besitzt eine zentrale Ausnehmung 40, die über quer und axial gerichtete Überströmkanäle 41 an den Abluftraum 21 anschließbar ist.

In dieser Ausnehmung 40 ist ein topfartiger Dichtkörper 42 als Bestandteil eines Steuerorgans STO 2 verschieblich angeordnet. Die Stirnseite 43 des Dichtkörpers 42 steht über die Stirnseite 43 des Kolbens 5b in Richtung zum Ge­ häusedeckel 3 vor. Zwischen dem Boden 44 der Ausnehmung 40 und dem Boden 45 des Dichtkörpers 42 ist eine Schrau­ bendruckfeder 46 angeordnet, welche den Dichtkörper 42 in Richtung auf den Gehäusedeckel 3 belastet.

Im Boden 45 des Dichtkörpers 42 ist ein Pilotventil 47 mit kugelförmigem Ventilkörper 48 und Schraubendruckfeder 49 angeordnet. Dem Ventilkörper 48 ist ein Ventilstößel 50 zugeordnet, welcher den Kolben 5b über eine Dichtung 51 durchsetzt. Das Ende 52 des Ventilstößels 50 ragt in den Abluftraum 21. Die zum Gehäusedeckel 4 weisende kreisringförmige Stirnseite 53 des Dichtkörpers 42 endet kurz oberhalb des Bodens 44 der Ausnehmung 40. Die Wand 54 des Dichtkörpers 42 dichtet das Innere 55 des Dicht­ körpers 42 gegenüber den Überströmkanälen 41 ab.

Im Dichtkörper 42 sind schräg verlaufende Durch­ trittskanäle 58 vorgesehen.

In dem den Abluftraum 21 begrenzenden Teil der Wand des Zylindergehäuses ist wie bei den Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 eine Drosselstelle 22 vorgesehen (Fig. 6).

Befindet sich der Kolben 5b in der Rückhubendlage gemäß Fig. 5, liegt das Pilotventil 47 am Gehäusedeckel 3 an und drückt den Dichtkörper 42 gegen die Kraft der Schrau­ bendruckfeder 46 in die dargestellte Sperrposition SP. Über die Durchtrittskanäle 58 kann keine Druckluft D tre­ ten, da der Kolben 5b die Durchtrittskanäle 58 ver­ schließt.

Wird Druckluft D über die Zuführung 9 in den Zuluftraum 10 gegeben, verschiebt die Druckluft D aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem Zuluftraum 10 und dem Ab­ luftraum 21 den Kolben 5b in Richtung zum gegenüberlie­ genden Gehäusedeckel 4, bis daß der Ventilstößel 50 am Gehäusedeckel 4 anschlägt. Nunmehr öffnet der Ventil­ stößel 50 das Pilotventil 47 und es kann Druckluft D über das Pilotventil 47 in das Innere 55 des Dichtkörpers 42 treten. Es erfolgt ein Druckausgleich zwischen dem Inne­ ren 55 des Dichtkörpers 42 und dem Zuluftraum 10 mit dem Ergebnis, daß die Schraubendruckfeder 46 den Dichtkörper 42 in die aus der Fig. 6 erkennbare Überströmposition ÜP verlagert. In dieser Überströmposition ÜP kann nunmehr die Druckluft D über die Durchtrittskanäle 58 im Dicht­ körper 42 und die Überströmkanäle 41 im Kolben 5b in den Abluftraum 21 gelangen und von hier über die Dros­ selstelle 22 austreten.

Der auf diese Weise geschaffene Druckausgleich zwischen dem Zuluftraum 10 und dem Abluftraum 21 hat zur Folge, daß die Schraubendruckfeder 11 den Kolben 5b aus der in Fig. 6 gezeichneten Arbeitshubendlage in die in der Fig. 5 veranschaulichte Rückhubendlage verlagert, wobei nach dem Kontakt des Pilotventils 47 mit dem Gehäuse­ deckel 3 der Dichtkörper 42 gegen die Kraft der Schrau­ bendruckfeder 46 in die dargestellte Sperrposition SP verlagert wird und keine Druckluft D mehr durch den Dichtkörper 42 sowie den Kolben 5b aus dem Zuluftraum 10 in den Abluftraum 21 gelangen kann.

Der Arbeitszylinder 1b ist für ein weiteres Arbeitsspiel bereit.

Bezugszeichenliste

1 Arbeitszylinder
2 Zylindergehäuse
3 Gehäusedeckel
4 Gehäusedeckel
5 Kolben
6 Dichtung an 5
7 Kolbenstange
8 Dichtung in 4
9 Zuführung
10 Zuluftraum
11 Schraubendruckfeder
12 Überströmkanäle
13 Stirnseite von 5
14 Ausnehmung in 5
15 Dichtkörper
16 Schraubendruckfeder
17 Boden von 14
18 Stößel
19 Stirnseite von 15
20 Stirnseite von 5
21 Abluftraum
22 Drosselstelle
23 Schieber
24 Stirnseite von 23
25 Stirnseite von 5a
26 Stirnseite von 23
27 Steuerkante an 26
28 Boden von 29
29 Ausnehmung in 5a
30 Schraubendruckfeder
31 Rastkugeln
32 Querbohrung in 23
33 Aussparungen in 5a
34 Überströmkanäle in 23
35 Ausnehmung in 23
36 Stößel
37 Stirnseite von 5a
38 Ausnehmungen in 5a
39 Überströmkanäle
40 Ausnehmung in 5b
41 Überströmkanäle
42 Dichtkörper
43 Stirnseite von 5b
44 Boden von 40
45 Boden von 42
46 Schraubendruckfeder
47 Pilotventil
48 Ventilkörper
49 Schraubendruckfeder
50 Ventilstößel
51 Dichtung
52 Ende von 48
53 Stirnseite von 42
54 Wand von 42
55 Inneres von 42
56 Stirnseite von 5b
57 Stirnseite von 5b
58 Durchtrittskanäle in 42
D Druckluft
STO Steuerorgan
STO1 Steuerorgan
STO2 Steuerorgan
PF Pfeile
1a Arbeitszylinder
1b Arbeitszylinder
5a Kolben
5b Kolben

Claims (10)

1. Pneumatisch beaufschlagbarer Arbeitszylinder (1, 1a, 1b) mit einem einerseits unter dem Einfluß eines pneuma­ tischen Arbeitsmediums (D) und andererseits durch eine Rückstellfeder (11) in einem Zylindergehäuse (2) hin und her verlagerbaren Kolben (5, 5a, 5b) und einem in den Endlagen des Kolbens (5, 5a, 5b) dessen Umsteuerung in die Gegenrichtung bewirkenden Steuerorgan (STO, STO1, STO2), dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatische Arbeitsmedium (D) in dem zwischen der Zuführung (9) für das Arbeitsmedium (D) und dem Kolben (5, 5a, 5b) liegenden Zuluftraum (10) des Zylindergehäu­ ses (2) konstant ansteht, mindestens ein Steuerorgan (STO, STO1, STO2) in den Kolben (5, 5a, 5b) integriert sowie in der Arbeitshubendlage des Kolbens (5, 5a, 5b) in die Überströmposition (ÜP) für das Arbeitsmedium (D) und in der Rückhubendlage in die Sperrposition (SP) umsteuer­ bar ist, und daß das Arbeitsmedium (D) über den auf der der Zuführung (9) abgewandten Stirnseite (13, 37, 56) des Kolbens (5, 5a, 5b) liegenden, die Rückstellfeder (11) aufnehmenden Abluftraum (21) das Zylindergehäuse (2) ver­ läßt.

2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmedium (D) den Abluftraum (21) über mindestens eine Drosselstelle (22) verläßt.

3. Arbeitszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (STO) einen mit einer Stirnseite (19) über die der Zuführung (9) für das Arbeitsmedium (D) zugewandte Stirnseite (20) des Kolbens (5) vorstehenden, mindestens einen Überström­ kanal (12) im Kolben (5) abdeckenden scheibenartigen Dichtkörper (15) aufweist, der gegenüber dem Kolben (5) federnd abgestützt ist und in der dichtenden Anlage am Kolben (5) diesen mit wenigstens einem ihm zugeordneten Stößel (18) so relativbeweglich durchsetzt, daß ein Ende des Stößels (18) in den Abluftraum (21) vorsteht.

4. Arbeitszylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (18) federnd mit dem Dichtkörper (15) verbunden ist.

5. Arbeitszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (STO1) einen im Kolben (5a) beweglich gelagerten sowie in der Überströmposition (ÜP) des Arbeitsmediums(D) als auch in der Sperrposition (SP) lagearretierbaren zapfenartigen Schieber (23) mit wenigstens einem Überströmkanal (34) aufweist, wobei in der Sperrposition (SP) die der Zufüh­ rung (9) zugewandte Stirnseite (24) des Schiebers (23) über die benachbarte Stirnseite (25) des Kolbens (5a) vorsteht, die der Zuführung (9) abgewandte Stirnseite (26) unter Absperrung wenigstens eines Überströmkanals (39) im Kolben (5a) dichtend an einer Gegenfläche (28) des Kolbens (5a) anliegt und mindestens ein dem Schieber (23) zugeordneter Stößel (36) den Kolben (5a) so relativ­ beweglich durchsetzt, daß ein Ende des Stößels (36) in den Abluftraum (21) vorsteht.

6. Arbeitszylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (36) federnd mit dem Schieber (23) verbunden ist.

7. Arbeitszylinder nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (23) durch federnd belastete Rastkugeln (31) und daran angepaßte Aussparungen (33, 38) im Kolben (5a) lagearretierbar ist.

8. Arbeitszylinder nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (23) durch Magnete im Kolben (5a) lagearretierbar ist.

9. Arbeitszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (STO2) einen in den Kolben (5b) fliegend eingegliederten und ge­ genüber dem mit wenigstens einem Überströmkanal (41) ver­ sehenen Kolben (5b) federnd abgestützten, mit seiner der Zuführung (9) zugewandten Stirnseite (43) über die be­ nachbarte Stirnseite (43) des Kolbens (5b) vorstehenden, topfartig ausgebildeten Dichtkörper (42) mit Durch­ trittskanälen (58) aufweist, und ein Vorsteuerglied (47) in den Dichtkörper (42) oder in den Kolben (5b) inte­ griert ist.

10. Arbeitszylinder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerglied (47) als Pilotventil mit mindestens einem den Kolben (5b) re­ lativbeweglich durchsetzenden, in der Sperrposition (SP) in den Abluftraum (21) vorstehenden Ventilstößel (50) ausgebildet ist.