DE19855286B4

DE19855286B4 - Pneumatischer Druckmittelzylinder

Info

Publication number: DE19855286B4
Application number: DE1998155286
Authority: DE
Inventors: Dirk Dipl.-Ing. Kröger; Dietmar Dipl.-Ing. Adolph
Original assignee: Rexroth Mecman GmbH
Current assignee: Aventics GmbH
Priority date: 1998-11-24
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2018-11-25
Also published as: DE19855286A1

Abstract

Ansteueranordnung für einen pneumatischen Druckmittelzylinder mit einem Zylindergehäuse, in dem ein längs beweglich angeordneter Kolben über eine außenradiale Dichtung an der Innenwandung des Zylindergehäuses dichtend zur Anlage kommt und eine vom Kolben ausgehende Kolbenstange, die einen Zylinderdeckel abgedichtet durchdringt, mit einem oberen Zylinderraum sowie ein im Bereich eines Zylinderbodens angeordeter Druckmittelanschluß über den ein unterer Zylinderraum mit Druckmittel beaufschlagbar ist, wobei zur Erzeugung einer Kraft in Ausfahr- oder Einfahrrichtung der Kolbenstange an dem unteren Zylinderraum ein Überdruck bzw. ein Unterdruck anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck für die Einfahrbewegung der Kolbenstange von einer Staudüse (14) mittels einer Überdruckquelle (11) erzeugbar ist, welche auch den Überdruck für die Ausfahrbewegung liefert, wobei zur Reduzierung des Druckmittelverbrauchs bei der Unterdruckerzeugung am Boden des Zylindergehäuses (2) ein Endlagensperrventil (12) angeordnet ist, das bei eingefahrener Kolbenstange (7) die Druckmittelzufuhr zur Staudüse (14) sperrt.

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Druckmittelzylinder gemäß des Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein gattungsgemäßer Druckmittelzylinder ist aus dem Lehrbuch „Der Pneumatik-Trainer", Band 1, Pneumatik-Grundlagen (1991, Seite 42) bekannt. Dieser verfügt lediglich über einen im Bereich eines unteren Zylinderraumes angeordneten Druckmittelanschluß und ist insoweit als einfach wirkender Druckmittelzylinder zu klassifizieren. Bei dem einfachwirkenden Druckmittelzylider der hier interessierenden Art wird die Ausfahrbewegung der Kolbenstange über den mit Druckmittel beaufschlagbaren unteren Zylinderraum erzielt. Die Einfahrbewegung der Kolbenstange kann durch eine Rückstellfeder oder bei deren Weglassen durch über die Kolbenstange einwirkende äußere Kräfte erzeugt werden. Diese konstanten Rückstellkräfte sind jedoch beim Ausfahren der Kolbenstange stets mit zu überwinden, was zu einer nachteilig großen Dimensionierung des Druckmittelzylinders führt.

In bestimmten Einsatzfällen sind konstante Rückstellkräfte unerwünscht. Hierfür können doppeltwirkende Zylinder zur Anwendung kommen, bei denen der obere oder der untere Zylinderraum über zugeordnete Druckmittelanschlüsse wechselnd beaufschlagbar ist. Ein Nachteil doppeltwirkender Druckmittelzylinder ist jedoch der Konstruktions- und Bauteileaufwand zur zusätzlichen Beaufschlagung des oberen Zylinderraumes, um die Einfahrbewegung der Kolbenstange zu erzeugen. Dieser Aufwand geht auch zu Lasten einer kompakten Gestalt des Druckmittelzylinders.

Im Dokument "Grundlagen der Pneumatik" (Autor W. Backe, Institut für hydraulische und pneumatische Antriebe und Steuerungen, Aachen) wird ein pneumatischer Druckzylinder offenbart, dessen der Kolbenstange abgewandter Zylinderraum über einen Überdruck und einen Unterdruck beaufschlagbar ist, so dass eine Ausfahr- bzw. Einfahrbewegung der Kolbenstange erzeugbar ist. Zu diesem Zweck sind zwei separate Druckmittelleitungen mit jeweils zugeordneten Ventilen vorgesehen, welche den Druckmittelzylinder getrennt mit Überdruck oder Unterdruck versorgen. Hierbei ist es jedoch erforderlich, die beiden Ventile in ihrer Funktion zu koordinieren, wozu eine entsprechende Logiksteuerung einzusetzen ist.

Aus der DE 29 09 878 A1 ist eine Vorrichtung zur Abführung des Leckflusses eines Mediums bei Spaltdichtungen bekannt, wobei als Absaugeinrichtung eine Staudüse verwendet wird.

Aus der DE 44 41 780 A1 ist eine druckmittelbetätigte Stelleinrichtung (Druckmittelzylinder) mit einem Stellelement (Kolbenstange) und einem Drucksensor bekannt, wobei zur Endlagenerkennung des Stellelements ein Fühlerventil (Endlagensperrventil) vorgesehen ist, das zum Öffnen in einer festgelegten Stellung des Stellelements dient. Bei Erkennen der Endlage des Steuerkolbens wird die druckmittelversorgende Pumpe bei Erreichen der festgestellten Endlage als Druckmittelquelle abgeschaltet. Dabei ist eine dem Drucksensor nachgeschaltete Überwachungseinrichtung vorgesehen, die diesem ein elektrisches Signal liefert, mit dem die Abschaltung bewirkbar ist.

Der Erfindung liegt die objektive Aufgabe zugrunde, eine Ansteueranordnung für den gattungsgemäßen pneumatischen Druckzylinder zu schaffen, die auf effiziente Weise den Über- und Unterdruck zum Betrieb des Druckmittelzylinders bereitstellt.

Die objektive Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Unterdruck für die Einfahrbewegung der Kolbenstange von einer Staudüse mittels der Überdruckquelle erzeugbar ist, welche auch den Überdruck für die Ausfahrbewegung liefert. Zur Reduzierung des Druckmittelverbrauchs bei der Unterdruckerzeugung ist dabei am Boden des Zylindergehäuses ein Endlagensperrventil angeordnet, das bei eingefahrener Kolbenstange die Druckmittelzufuhr zur Staudüse sperrt.

Vorzugsweise ist das Endlagensperrventil nach Art eines federrückgestellten 2/2 Wegeventils ausgebildet und mit einem Betätigungsstößel versehen, der koaxial oder achsparallel zum Kolben ausgerichtet ist und in den unteren Zylinderraum hineinragt.

Das Endlagensperrventil erfüllt damit die Funktion eines Endlagenschalters. Das Überdruck/Unterdruck-Schaltventil ist vorzugsweise nach Art eines federrückgestellten elektromagnetischen 4/2 Wegeventils ausgebildet. Alternativ zu dieser Paarung des 2/2 Wegeventils mit dem 4/2 Wegeventil kann das Überdruck/Unterdruck-Schaltventil (9) auch nach Art eines elektromagnetischen 5/3 Wegeventils ausgebildet sein und am Boden des Zylindergehäuses (2) ein elektrischer Endlagenschalter angeordnet sein, der zur Sperrung der Druckmittelzufuhr zur Staudüse bei eingefahrener Kolbenstange (7) ein elektrisches Ansteuersignal an das Überdruck/Unterdruck-Schaltventil (9) gibt. Damit erfüllt das 5/3 Wegeventil in Verbindung mit dem elektrischen Endlagenschalter die Funktion sowohl des 4/2 Wegeventils als auch die des 2/2 Wegeventils. In seiner Grundstellung – beispielsweise mittig – ist das 5/3 Wegeventil dann in Sperrstellung. In der einen Anschlagstellung – beispielsweise links – in Belüftungsstellung; in der anderen Anschlagstellung – beispielsweise rechts – in Evakuierungsstellung, wobei die Druckmittelleitungen in analoger Weise angeschlossenen sind.

Es ist vorteilhaft, wenn zwischen der Unterdruckleitung und der Atmosphäre ein in Sperrichtung zur Unterdruckleitung ausgerichtetes Rückschlagventil vorgesehen ist. Damit wird ein schnelles Entlüften des unteren Zylinderraumes und damit ein schnelles Einfahren der Kolbenstange erzielt, wenn ein Überdruck in der Unterdruckleitung besteht.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert:

Die einzige Figur zeigt einen Funktionsschaltplan für einen erfindungsgemäßen Druckmittelzylinder.

Der pneumatische Druckmittelzylinder 1 besteht aus einem Zylindergehäuse 2 und einem innenliegenden Kolben 3. Der Kolben 3 trennt den Innenraum des Zylindergehäuses 2 in einen oberen Zylinderraum 4 und einen unteren Zylinderraum 5. Eine außenradiale Dichtung 6 am Kolben 3 kommt dichtend an der Innenwandung des Zylindergehäuses 2 zur Anlage. Vom Kolben 3 geht koaxial eine Kolbenstange 7 aus, die das Zylindergehäuse 2 stirnflächenseitig abgedichtet durchdringt. Der untere Zylinderraum 5 ist über eine Druckleitung 8 mit einem Überdruck-/Unterdruck-Schaltventil 9 verbunden. Das Überdruck-/Unterdruck-Schaltventil 9 ist als federrückgestelltes 4/2-Wegeventil ausgebildet, das über einen Elektromagneten 10 ansteuerbar ist. In einer ersten Schaltstellung des Überdruck-/Unterdruck-Schaltventils 9 ist eine Überdruckquelle 11 mit dem unteren Zylinderraum 5 verbindbar, was zu einem Ausfahren der Kolbenstange 7 führt.
In einer zweiten – in der Figur gezeigten – Schaltstellung des Überdruck-/Unterdruck-Schaltventils 9 ist bei ausgefahrener Kolbenstange 7 ein Endlagensperrventil 12 in Form eines federrückgestellten 2/2-Wegeventils mit einem Betätigungsstößel 15 der koaxial zum Kolben 3 ausgerichtet ist und an den unteren Zylinderraum 5 als Endlagenschalter hineinragt, auf Durchlaß geschaltet. Dadurch strömt Druckmittel, ausgehend von der Überdruckquelle 11, durch eine Druckmittelleitung 13 über das geöffnete Endlagensperrventil 12 und einer Druckmittelleitung 18 zum Einlaß einer Saugdüse 14. Die Saugdüse 14 ist auslaßseitig mit einem geräuschdämpfenden Filter 16 ausgestattet. Von einem Unterdruckanschluß der Saugdüse 14 geht eine Unterdruckleitung 17 ab. Über das Überdruck-/Unterdruck-Schaltventil 9 ist die Unterdruckleitung 17 mit dem unteren Zylinderraum 5 verbunden, so daß aufgrund dessen Evakuierung die Kolbenstange 7 einfährt. Von der Unterdruckleitung 17 zweigt ein in Sperrichtung zur Unterdruckleitung 17 geschaltetes Rückschlagventil 19 ab, das gegebenenfalls einen Überdruck an die Atmosphäre ableitet.
Wird die vorstehend beschriebene Beschaltung des Druckmittelzylinders 1 in den Bodenbereich des unteren Zylinderraumes 5 integriert, so ergibt sich ein insgesamt kompakter Druckmittelzylinder, der keine äußeren Rückstellkräfte oder entsprechende integrierte Mittel zur Rückstellung benötigt und ähnlich eines doppeltwirkenden Druckmittelzylinders 1 betrieben werden kann, d. h. eine Kraft sowohl in Ausfahr- als auch in Einfahrrichtung der Kolbenstange 7 aufbringen kann.

1: Druckmittelzylinder
2: Zylindergehäuse
3: Kolben
4: Zylinderraum, oberer
5: Zylinderraum, unterer
6: Dichtung
7: Kolbenstange
8: Druckleitung
9: Überdruck/Unterdruck-Schaltventil
10: Elektromagnet
11: Überdruckquelle
12: Endlagensperrventil
13: Druckmittelleitung
14: Saugdüse
15: Betätigungsstößel
16: Filter
17: Unterdruckleitung
18: Druckmittelleitung
19: Rückschlagventil

Claims

Ansteueranordnung für einen pneumatischen Druckmittelzylinder mit einem Zylindergehäuse, in dem ein längs beweglich angeordneter Kolben über eine außenradiale Dichtung an der Innenwandung des Zylindergehäuses dichtend zur Anlage kommt und eine vom Kolben ausgehende Kolbenstange, die einen Zylinderdeckel abgedichtet durchdringt, mit einem oberen Zylinderraum sowie ein im Bereich eines Zylinderbodens angeordeter Druckmittelanschluß über den ein unterer Zylinderraum mit Druckmittel beaufschlagbar ist, wobei zur Erzeugung einer Kraft in Ausfahr- oder Einfahrrichtung der Kolbenstange an dem unteren Zylinderraum ein Überdruck bzw. ein Unterdruck anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck für die Einfahrbewegung der Kolbenstange von einer Staudüse (14) mittels einer Überdruckquelle (11) erzeugbar ist, welche auch den Überdruck für die Ausfahrbewegung liefert, wobei zur Reduzierung des Druckmittelverbrauchs bei der Unterdruckerzeugung am Boden des Zylindergehäuses (2) ein Endlagensperrventil (12) angeordnet ist, das bei eingefahrener Kolbenstange (7) die Druckmittelzufuhr zur Staudüse (14) sperrt.
Ansteueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über ein Überdruck/Unterdruck-Schaltventil (9) entweder eine Verbindung des Zylinderraumes (5) mit einer Überdruckquelle (11) oder mit einer Unterdruckleitung (17), die mit der Staudüse (14) verbunden ist, herstellbar ist.
Ansteueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Endlagensperrventil (12) nach Art eines federrückgestellten 2/2-Wegeventils ausgebildet ist und einen Betätigungsstößel (15) aufweist, der koxial oder achsparallel zum Kolben (3) ausgerichtet ist und in den unteren Zylinderaum (5) hineinragt.
Ansteueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruck/Unterdruck-Schaltventil (9) nach Art eines federrückgestellten elektromagnetischen 4/2-Wegeventil ausgebildet ist.
Ansteueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruck/Unterdruck-Schaltventil (9) nach Art eines elektromagnetischen 5/3-Wegeventil ausgebildet ist und am Boden des Zylindergehäuses (2) ein elektrischer Endlagenschalter angeordnet ist, der zur Sperrung der Druckmittelzufuhr zur Staudüse bei eingefahrener Kolbenstange (7) ein Ansteuersignal an das Überdruck/Unterdruck-Schaltventil (9) gibt.
Ansteueranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Geräuschdämpfung die Staudüse (14) ausgangsseitig mit einem Filter (16) versehen ist.
Ansteueranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Unterdruckleitung (17) und der Atmosphäre ein in Sperrichtung zur Unterdruckleitung (17) ausgerichtetes Rückschlagventil (19) vorgesehen ist.
Ansteueranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen aus Überdruck/Unterdruck-Schaltventil (9), Endlagensperrventil (12) sowie Staudüse (14) bestehende Beschattung im Bodenbereich des Zylindergehäuses (2) integriert ist.