DE1955238A1 - Vorrichtung fuer die Bewegungssteuerung eines in einem Zylinder unter der Wirkung eines Druckmittels verschieblichen Kolbens in seiner Endstellung - Google Patents

Description

• Vorrichtung für die Bewegungssteuerung eines in einem Zylinder unter der Wirkung eines Drucksittels verschieblichen Kolbens in seiner Sndstallung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Bewegungssteuerung, insbesondere für den Bewegungsbeginn und den Dämpfvorgang am Bewegungsende eines in einem Zylinder unter der Wirkung eines Druckmittels verschieblichen Kolbens, die beispielsweise auf pneumatische Winden anwendbar ist.
• Es sind derartige Vorrichtungen bekannt, bei denen am boden des Zylinders eine axiale Endkammer vorgesehen ist, in die eine Öffnung für den Einfluß und Abfluß des Druckmittels mündet und in die bei Hubende des Kolbens ein Vorsprung des Kolbens eingreift. Diese Vorrichtungen haben zwei Kanäle, die jeweils in die axiale Endkammer des Zylinders bzw.
• in den den Vorsprung des Kolbens umgebenden Ringraum des Zylinders münden, und die durch das Spiel eines Nadelventils miteinander verbindbar sind, das normalerweise durch eine einstellbare, geeichte Feder geschlossen gehalten ist.
• Die Vorrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß die Nadel des Ventils eine ringförmige Schulter hat, die einen sogenannten 'nDifferential"-Querschnitt bildet, der von dem aus einem der ianäle kommenden Druckmittel beaufschlagt wird, während der andere Kanal axial unterhalb des Endes, der Nadel mündet.
• In einer ersten Ausführungsform, bei der eine sogenannte "Beaufschlagung von unten" stattfindet, ist der unterhalb der Schulter der Nadel mündende Kanal mit der Ablauföffnung des Zylinders und der unterhalb des Endes der Nadel mündende Kanal mit dem den axialen Vorsprung des Kolbens umgebenden Ringraum des Zylinders verbunden.
• In einer zweiten Ausführungsform, bei der eine sogenannte "Seitliche beaufs¢hlagung" stattfindet, ist dagegen der unterhalb des Endes der Nadel mündende Kanal mit der Ablauföffnung und der unterhalb der Schulter der nadel mündende Kanal mit dem den axialen Vorsprung des Kolbens umgebenden Ringraum verbunden.
• Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der eichnung ist die Erfindung beispi eise dargestellt, und zwar zeigen Fig 1 einen Längsschnitt durch eine Winde mit einem in Höhe der Achse aer Nadel von unten beaufschlagten Nadelventil, Fig. 2 einen Fig. 1 entsprechenden Iängssohnitt durch eine abgewandelte Ausführu4gßfors der Erfindung, und Fig. 3 bis 6 Schnitte durch verschiedene Ausführungsformen der Nadel.
• Fig. 1 zeigtine Vorrichtung mit einer Zylinderwana 1 und einem Zylinderboden 2, in den eine Endkammer 3 eingebracht ist. Ein Kolben 4 hat einen axialen Fortsatz 5, der bei hubende in die Endkammer 3 eingreift. Die Abdichtung ist durch eine Ringdichtung 6 gewährleistet.
• Der axiale Fortsatz 5 des Kolbens ist von einer Ringkammer 7 des Zylinders umgeben.
• m Zylinderboden 2 ist senkrecht zur Zylinderachse ein Ventil vorgesehen. Das Ende einer Nadel 8 ist durch eine Weder 9, die durch eine btellschraube 10 mehr oder weniger gespannt ist, an seinen Sitz gepreßt. Die Nadel 8 ist in einer Kammer 11 verschiebbar, die durch eine Dichtung 12 abgedichtet ist und hat eine behulter 13.
• Das Druckmittel wird durch einen Kanal 14 in die Endkammer 3 des Zylinders eingeleitet bzw. aus dieser abgeleitet. Der Kanal 14 kommuniziert über einen Kanal 15 mit der Kammer 11 unterhalb der schulter 13 der Nadel. Andrerseits verbindet ein zweiter Kanal 16 die Ringkammer 7 des Zylinders mit dem Sitz des Ventils unterhalb des Endes der Nadel.
• Diese Vorrichtung arbeitet wie folgt: Beim "VorwErtshub" des Kolbens wird die Druckluft durch den Kanal 14 hindurch einerseits in die Endkammer 3 eingeleitet, wo sie den Fortsatz 5 des Kolbens mit Druck beaufschlaft, und andrerseits durch den Kanal 15 unterhalb der Schulter 13 der Nadel, die angehoben wird urdden Kanal 16 freigibt, wodurch die Luft in die Ringkammer 7 des Zylinders einströmen kann. Der olben beginnt also seine Vorwärtsbewegung und der Fortsatz 5 wird aus der Kammer 3 herausgezogen.
• Beim "Rückwärtshub" des Kolbens strömt die im Zylinder befindliche Zuluft durch die Endkammer 3 und den Kanal 14 frei nach außen ab. fler Druck in der Kammer 3 und folglich in dem unterhalb der Schulter 12 der Nadel mündenden Kanal 15 ist niedrig. Die Nadel 8 wird also durch die Feder 9 an ihren Sitz angepreßt und verschließt somit den in die Ringkammer 7 mündenden Kanal 16.
• Zu dem Zeitpunkt, wenn der Vorsprung 5 des Kolbens in die endkammer 3 eingreift, ist die Ringkammer 7 hermetisch verschlossen, der Kolben setzt jedoch seine Bewegung unter der Wirkung der Schwungkraft fort und komprimiert somit die in der Ringkammer 7 befindliche Luft. Der Druck in der Ringkammer 7 nimmt zu bis zu dem sugenblick, in dem der Druck im Kanal 16 ausreicht, um das Ende der Nadel 8 anzuheben.
• Der Kanal 16 wird dann mit dem Kanal 15 und von da aus mit der nach Außen mündenden oeffnung 14 verbunden. Der Druck in der Kammer 7 fällt also ab und die Feder 9 schließt das Ventil von neuem.
• Da sich der Kolben aber weiter bewegt, steigt der druck in der Ringkammer 7 erneut an und die Nadel wird wieder angehoben. Auf diese Weise kann eine bestimmte Zahl Zyklen unter vollständigem oder unvollständigem Schließen des Ventils stattfinden, wobei die Geschwindigkeit des Kolbens bei jedem Zyklus fortlaufend abnimmt.
• Für gegebene Außenbedingungen können die verschiedenen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung derart bestimmt und/oder eingestellt werden, insbesondere die durch die Stellschraube 10 bedingte Vorspannung, daß die Kolbengeschwindigkeit ohne Stöße oder Rückprallen gleichmäßig abnimmt. Auf diese Weise kann in einer Winde eines Durchmessers von 100 mm eine Energie von ca. 1000 Joule und sogar weit mehr abgeleitet werden.
• Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung, die den gleichen Aufbau hat wie die von 'ig. 1, bei der aber die Kanäle 15 und 16 in Bezug auf die tadel 8 umgekehrt angeordnet sind.
• Außer ihrem äußerst einfachen Aufbau hat die vorrichtung gemaß der Erfindung zahlreiche weitere Vorteile.
• Wie oben bereits ausgeführt, ist die Vorrichtung für den bewegungsbeginn des Kolbens verwendbar.
• Andrerseits wird die Aufwärtsbewegung der nadel durch den Vruck in der ringkammer 7 des Zylinders gesteuert, so daß ein Uberdruck-Selbstschutz gegeben ist. Der Druck in dieser Kammer kann nämlich nie einen für den Mechanismus gefährlichen Wert erreichen, sodaß die Lebensdauer dessen Bestandteile beträchtlich erhöht ist.
• Da Leckverluste nicht gegeben sind, baut sich der Druck in der Kammer 7au£ bald der Fortsatz 5 des Kolbens in die Endkammer 3 eingreift, also verhältnismäßig früh vor Beendigung des kolbenhubs ab. Die Gegenkraft wirkt also umso früher und für einen gleichen Druck in der Ringkammer ist ihre Arbeitsleistung entsprechend größer, so daß der sogenannte "Bereich eines einwandfreien Betriebs" im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen sehr groß ist.
• Beim Betrieb der Vorrichtung ergibt sich außerdem ein Nachlaufsteuereffekt, der ebenfalls zur Erhöhung dieses Bereichs beiträgt. Bei abgehobener Nadel verändert sich nämlich der die Durchflußmenge bestimmende Durchflußquerschnitt zwischen den Kanälen 15 und 16, in Abhängigkeit von diesem Abheben, also in Abhängigkeit von der Kraft ihrer Feder und des in der Kammer 7 herrschenden Druckes, und letztlich der Geschwindigkeit des Kolbens.
• Außerdem ist dieses Gesetz der Nachlaufsteuerung durch die Wahl des Querschnitts der Nadel änderbar. bo zeigt beispielsweise Fig. 3 eine konische Nadel; Fig. 4 eine Nadel in Jorm eines Kegelstumpfes, auf dessen Ende ein spitzerer Kegel aufgesetzt ist, Fig. 5 eine Nadel mit Exponentialquersciinitt, und Sig 6 eine Nadel, deren Mittelteil a-a' mit Exponentialquerschnitt von einem Abschnitt ab-ab' mit parabolischem Querschnitt und dieser wiederum von einem kegelstumpfförmigen-Teil bc-blc' gefolgt ist.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung für die Bewegungssteuerung eines unter der Wirkung eines Druckmittels in einem Zylinder verschieblichen Kolbens in seiner Endstellung, mit einer an seinem Boden vorgesehenen axialen Endkammer, in die eine Öffnung für den Ein- und Auslaß des Druckmittels mündet und in die bei hubende des kolbens ein fortsatz des Kolbens eingreift, und mit einem in die axiale Endkammer des Zylinders mündenden ersten Kanal sowie einem in den den Kolbenfortsatz umgebenden Ringraum des Zylinders mündenden zweiten Kanal zwischen die ein normalerweise durch eine geeichte Feder geschlossen gehaltenes Nadelventil eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel (8) eine ringförmige Schulter (13) hat, die einen vom Drucksittel eines der Kanäle (15 oder 16) beaufschlagen, sogenannten t'Differential"-Querschnitt bildet, und daß der andere Kanal (16 bzw. 15) axial unterhalb des Nadelendes mündet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der mit der axialen endkammer (3) des Zylinders verbundene Kanal (15) unterhalb der Schulter (13) der Nadel (8) mündet und daß der mit dem den axialen Fortsatz (5) des Kol bens umgebenden Ringraum (7) des Zylinders verbundene Kanal (16) unterhalb des feindes der Nadel (8) mündet (Fig.1).

3. forrichtuRg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der axialen Bn zimmer (3) verbundene Kanal (15) des Zylinders unterhalb des Endes der Nadel (8) mündet und daß der mit dem den axialen Fortsatz (5) des Kolbens umgebenden Ringraum (7) des Zylinders verbundene Kanal (-16) unterhalb der Schulter (13) der Nadel (8) mündet (Fig. 2).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Dämpfen und gleichmäßigen Verringern der Weschwindigkeit des Kolbens auf den Wert Null bei Hubende die geeichte Feder (9) der Nadel (8) einstellbar ist.

5.. Vorrichtung nach Ansprcz 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Nadel (8) senkrecht zur Achse des Zylinders verläuft.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Nadel (8) konisch ausgebildet ist. (Fig.3).

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der nadel (8) aus einem Kegelstumpf besteht, der in einem spitzeren Koaus ausläuft (Fig. 4).

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der iuerschnitt des Endes der Nadel (8) die Form einer Exponentialkurve hat (Fig. 5).

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennseidhnet, daß die Nadel (8) einen Mittelteil (a-a') mit Exponential querschnitt hat, an sich ein Abschnitt mit parabolischem suerschnitt und an diesen wiederum ein kegelstumpfförmiger Umfangsteil (bc-b'x') anschließt (ig, 6).