DE19916412C1

DE19916412C1 - Pneumatische Arbeitseinheit

Info

Publication number: DE19916412C1
Application number: DE19916412A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Moeller; Heinz-Hermann Meyer; Norbert Fortmann
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2019-04-02

Abstract

Um bei einer pneumatischen Arbeitseinheit, bestehend aus einem einfachwirkenden Zylinder mit zugeordnetem Ventil, das den im Inneren des Zylinders angeordneten längsbeweglichen Kolben mit koaxialer einen Zylinderdeckel abgedichtet durchdringenden Kolbenstange durch die Beaufschlagung eines Zylinderraumes auf der einen Seite des Kolbens gegen die Kraft mindestens einer auf der anderen Seite des Kolbens im gegenüberliegenden Zylinderraum wirkenden Rückstellfeder ansteuert, ein Eindringen von Staub und Wasser aus der Umgebung in das Innere der Arbeitseinheit zu verhindern, wird vorgeschlagen, DOLLAR A daß eine Entlüftungsöffnung (16) am Ventil (2) über einen Verbindungskanal (17) mit dem der Rückstellfederanordnung (10) zugeordneten Zylinderraum (9) in Verbindung steht, und daß in dem den Zylinderraum (9) begrenzenden Zylinderdeckel (5) ein mit Sperrichtung von der Atmosphäre zum Zylinderraum (9) hin wirkendes Rückschlagventil angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Arbeitseinheit, bestehend aus einem einfach wirkenden Zylinder mit zugeordnetem Ventil, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Arbeitseinheit ist allgemein bekannt. Das den einfachwirkenden Zylinder ansteuernde Ventil ist üblicherweise auf dem Zylinder angebracht. Die Druckmittelbeaufschlagung des Zylinders erfolgt über eine Arbeitsleitung des Ventils als Verbindungsleitung. Die Arbeitsleitung führt durch den Zylinderboden in einen Zylinderraum auf der einen Seite des innenliegenden Kolbens. Auf der anderen Seite des Kolbens wirkt eine Rückstellfeder. Vom Kolben geht eine koaxiale Kolbenstange aus, die den Zylinderdeckel abgedichtet durchdringt. Zum Ausfahren der Kolbenstange wird durch Ansteuerung des Ventils der zylinderbodenseitige Zylinderraum mit Druckmittel befüllt. Der dabei auf der anderen Seite des Kolbens im zylinderdeckelseitigen Zylinderraum entstehende Überdruck wird mittels einer Bohrung im Bereich des Zylinderdeckels an die Atmosphäre abgeführt. Zum Einfahren der Kolbenstange wird das Ventil entsprechend angesteuert, woraufhin unter Wirkung der Rückstellfeder das Druckmittel über die Entlüftungsöffnung am Ventil an die Atmosphäre abgeführt wird. Durch die Kraft der Rückstellfeder wird der Kolben in seine bodenseitige Endlage geschoben. Hierbei wird durch die Bohrung im Bereich des Zylinderdeckels so lange Außenluft angesaugt, bis in dem zylinderdeckelseitigen Zylinderraum Atmosphärendruck herrscht. Durch die Entlüftungsöffnung am Ventil sowie die Bohrung im Bereich des Zylinderdeckels können Staub und Wasser von außen her in das Innere der Arbeitseinheit eindringen. Diese Verschmutzung führt zu einem erhöhten Abrieb zwischen dem Kolben und dem Zylinder sowie zwischen der Kolbenstange und der Abdichtung an der Durchdringungsstelle des Zylinderdeckels, was die Lebensdauer des Zylinders erheblich verringert. Weiterhin findet auch Verschleiß im Ventil statt.

Zum Einsatz in einer staub- und spritzwassergefährdeten Umgebung ist ein gemäß DE 197 16 564 A1 konstruierter pneumatischer Zylinder vorgesehen. Dem Zylinder wird über einen Anschluß Druckluft in einen zylinderbodenseitigen Zylinderraum zugeführt, die über einen im Kolben integrierten Verbindungskanal dem kolbendeckelseitigen Zylinderraum zugeführt und wieder abgeführt wird. Der kolbendeckelseitige Zylinderraum ist hierbei als pneumatische Rückstelleinrichtung vorgesehen, in die jedoch etwas verzögert mit der Beaufschlagung Druckmittel geleitet wird, wenn die Kolbenstange ausgefahren wird. Wird der kolbenbodenseitige Zylinderraum entlüftet, so drückt das in dem kolbendeckelseitigen Zylinderraum unter gleichhohem Druck stehende Druckmittel den Kolben wieder in die eingefahrene Stellung zurück, bis die Kolbenstange vollständig eingefahren ist. Ein Nachteil dieser Rückstellung der Kolbenstange über eine pneumatische Federwirkung ist die mit der Umfüllung von Druckmittel durch den Verbindungskanal im Kolben verbundene Aktionszeitverzögerung der Kolbenstange. Weiterhin ist die Rückstellkraft für die Kolbenstange an den zur Verfügung stehenden Speisedruck gebunden und durch diesen begrenzt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine pneumatische Arbeitseinheit mit federrückgestelltem Zylinder zu schaffen, bei der wirkungsvoll ein Eindringen von Staub und Wasser aus der Umgebung verhindert wird.

Die Aufgabe wird ausgehend von einer pneumatischen Arbeitseinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 6 geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, daß bei einer pneumatischen Arbeitseinheit eine Entlüftungsöffnung am Ventil über einen Verbindungskanal mit dem der Rückstellfederanordnung zugeordnetem Zylinderraum in Verbindung steht.

Weiterhin ist in dem den oberen Zylinderraum begrenzenden Zylinderdeckel ein mit Sperrichtung von der Atmosphäre zum Zylinderraum hin wirkendes Rückschlagventil angeordnet.

Wird das Ventil angesteuert, so öffnet sich dessen Belüftungssitz und es schließt sich dessen Entlüftungssitz. Der Zylinderraum wird beaufschlagt und die Kolbenstange fährt gegen die Kraft der Rückstellfederanordnung aus. Das sich im der Rückstellfederanordnung zugeordneten Zylinderraum befindliche Druckmittel wird über das Rückschlagventil ausgestoßen. Wird das Ventil nun spannungslos geschaltet, so verschließt sich der Belüftungssitz und es öffnet sich der Entlüftungssitz des Ventils. Dadurch kann das auf einem hohen Druckniveau stehende Druckmittel im Zylinderraum sich über den Verbindungskanal zwischen dem Ventil und dem die Rückstellfeder umgebenden Zylinderraum in diesen und sich von hier aus über das Rückschlagventil an die Atmosphäre entspannen.

Es ist somit sichergestellt, daß sowohl beim Einfahren als auch beim Ausfahren der Kolbenstange an der einzigen nach außen hin offenen Stelle der Arbeitseinheit, nämlich am Rückschlagventil, nur Druckmittel ausgestoßen, aber nicht angesaugt wird. Somit ist es nicht möglich, daß Staub oder Wasser in das Innere der Arbeitseinheit eindringen.

Vorzugsweise ist das Rückschlagventil aus einem zwischen Zylinderdeckel und Kolbenstange angeordnetem Doppellippendichtring gebildet, dessen außenradiale elastische Dichtlippe ein Ausströmen von Dichtmittel aus dem die Rückstellfederanordnung umgebenden Zylinderraum gestattet und in der Gegenrichtung durch Anlage an den Zylinderdeckel abdichtet. Somit ist das Rückschlagventil funktionsmäßig in die Abdichtung zwischen dem Zylinderdeckel und der Kolbenstange integriert. Es ist weiterhin vorteilhaft, daß die innenradiale Dichtlippe des Doppellippendichtringes nach Art eines Abstreifers an der Kolbenstange anliegt. Damit können an der Kolbenstange anhaftende Ablagerungen nicht durch die Abdichtung an der Durchdringungsstelle der Kolbenstange zum Zylinder in das Innere des Zylinders eindringen.

Der Verbindungskanal zwischen der Entlüftungsöffnung am Ventil und dem der Rückstellfeder zugeordneten Zylinderraum kann als außen am Zylinder verlaufende Druckmittelleitung oder als in der Wandung des Zylinders direkt integrierter Druckmittelkanal ausgebildet sein.

Eine weitere die Erfindung hinsichtlich der Gewährleistung einer hohen Rückstellkraft verbessernde Maßnahme besteht darin, daß als Rückstellfeder zwei koaxial zur Kolbenstange zwischen dem Kolben und dem Zylinderdeckel angeordnete und parallel geschaltete Spiralfedern unterschiedlicher Federsteifigkeit und mit unterschiedlichen Durchmessern vorgesehen sind.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die Figur zeigt einen teilweise Längsschnitt durch eine aus einem Zylinder mit zugeordnetem Ventil bestehende Arbeitseinheit.

Die Arbeitseinheit ist im wesentlichen aus einem einfachwirkenden Zylinder 1 mit zugeordnetem Ventil 2 aufgebaut. Im Zylinder 1 befindet sich ein längsbeweglicher Kolben 3, von dem aus koaxial eine Kolbenstange 4 ausgeht. Die Kolbenstange 4 durchdringt einen stirnflächenseitig am Zylinder 1 angeordneten Zylinderdeckel 5. Die Durchdringungsstelle ist mit einem Doppellippendichtring 6 abgedichtet. Die außenradiale Dichtlippe des Doppellippendichtringes 6 wirkt gemeinsam mit dem Zylinderdeckel 5 als Rückschlagventil. Die innenradiale Dichtlippe des Doppellippendichtringes 6 ist als Abstreifer für die Kolbenstange 4 ausgestaltet. Gegenüber des Zylinderdeckels 5 ist der Zylinder 1 auf der anderen Stirnflächenseite mit einem Zylinderboden 7 verschlossen. Der Kolben 3 unterteilt den Innenraum des Zylinders 1 in zwei Zylinderräume 8 und 9. Innerhalb des zylinderdeckelseitigen Zylinderraumes 9 ist eine koaxiale Rückstellfederanordnung 10 zwischen dem Zylinderdeckel 5 und dem Kolben 3 vorgesehen. Der andere Zylinderraum 8 ist über das Ventil 2 mit Druckmittel beaufschlagbar. Das Ventil 2 ist als 3/2-Wegemagnetventil ausgebildet, das von einer Leitung 11 aus elektrisch ansteuerbar ist und wechselseitig entweder einen Belüftungssitz 12 oder einen Entlüftungssitz 13 öffnet. Zur Belüftung, d. h. zur Druckmittelbeaufschlagung, des Zylinderraumes 8, ist der Belüftungssitz 12 in seiner geöffneten Stellung. Der Entlüftungssitz 13 ist dann verschlossen. Ausgehend von einem Speisedruckanschluß 14 strömt nun Druckmittel durch einen Arbeitskanal 15 in den Zylinderraum 8, so daß sich der Kolben 3 entgegen der Kraft der Rückstellfederanordnung 10 in Richtung Zylinderdeckel 5 bewegt und die Kolbenstange ausfährt. Dabei wird das sich im zylinderdeckelseitigen Zylinderraum 9 befindliche Druckmittel über den als Rückschlagventil wirkenden Doppellippendichtring 6 an die Atmosphäre ausgestoßen. Zur Entlüftung des Zylinderraumes 8 ist über eine entsprechende Ansteuerung des Ventils 2 der Belüftungssitz 12 geschlossen und der Entlüftungssitz 13 geöffnet. Es kann damit kein Druckmittel mehr vom Speisedruckanschluß 14 in den Zylinderram 8 gelangen. Vielmehr wird das auf hohem Druckniveau stehende Druckmittel aus dem zylinderbodenseitigen Zylinderraum 8 über den Arbeitskanal 15 und den Entlüftungssitz 13 an den Entlüftungsanschluß 16 des Ventils 2 abgeleitet. Von hier aus gelangt das Druckmittel über einen außenliegenden rohrartigen Verbindungskanal 17 in den zylinderdeckelseitigen Zylinderraum 9. Der dadurch im Zylinderraum 9 entstehende Überdruck wird über den als Rückschlagventil wirkenden Doppellippendichtring 6 an die Atmosphäre abgeleitet.

Die vorstehend beschriebene Arbeitseinheit stellt somit sicher, daß durch die Rückschlagventilfunktion an der einzigen nach außen hin offenen Stelle am Doppellippendichtring 6 nur Druckmittel ausgestoßen werden kann, aber nicht angesaugt. Somit kann über die Umgebungsluft kein Staub oder Wasser in das Innere der Arbeitseinheit gelangen, um hier korrosiv zu wirken. Die Abstreiferfunktion des Doppellippendichtringes 6 verhindert weiterhin auch das Eindringen von an der Kolbenstange 4 anhaftendem Schmutz in das Zylinderinnere.

Bei der im wesentlichen aus dem Zylinder 1 mit Ventil 2 bestehenden Arbeitseinheit ist das Gehäuse des Ventils 2 und der Zylinderboden 7 als ein einstückiges Spritzgußteil hergestellt. Der Übergang zwischen den beiden Funktionseinheiten Zylinder 1 zu Ventil 2 wird dabei durch Spritzgußmaterial geschaffen, das den Arbeitskanal 15 umgibt. Zur Erhöhung der Stabilität im Bereich dieses Übergangs ist ein am Gehäuse des Ventils 2 angeformter Haltering 18 vorgesehen, der über einen innenradialen Dichtring an der Außenoberfläche des auf den Zylinderboden 9 aufgeschobenen Zylinders 1 zur Anlage kommt. Diese Anordnung vermeidet eine Relativbewegung beider Bauteile bei Schwingbelastung.

Bezugszeichenliste

1

Zylinder

2

Ventil

3

Kolben

4

Kolbenstange

5

Zylinderdeckel

6

Doppellippendichtring

7

Zylinderboden

8

Zylinderraum, zylinderbodenseitig

9

Zylinderraum, zylinderdeckelseitig

10

Rückstellfederanordnung

11

Leitung, elektrisch

12

Belüftungssitz

13

Entlüftungssitz

14

Speisedruckanschluß

15

Arbeitskanal

16

Entlüftungsanschluß

17

Verbindungskanal

Claims

1. Pneumatische Arbeitseinheit, bestehend aus einem einfachwirkenden Zylinder mit zugeordnetem Ventil, das den im Inneren des Zylinders angeordneten längsbeweglichen Kolben mit koaxialer einen Zylinderdeckel abgedichtet durchdringenden Kolbenstange durch die Beaufschlagung eines Zylinderraumes auf der einen Seite des Kolbens gegen die Kraft mindestens einer auf der anderen Seite des Kolbens im gegenüberliegenden Zylinderraum wirkenden Rückstellfederanordnung ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entlüftungsöffnung (16) am Ventil (2) über einen Verbindungskanal (17) mit dem der Rückstellfederanordnung (10) zugeordneten Zylinderraum (9) in Verbindung steht, und daß in dem den Zylinderraum (9) begrenzenden Zylinderdeckel (5) ein mit Sperrichtung von der Atmosphäre zum Zylinderraum (9) hin wirkendes Rückschlagventil angeordnet ist.

2. Pneumatische Arbeitseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil aus einem zwischen Zylinderdeckel (5) und Kolbenstange (4) koaxial angeordneten Doppellippendichtring (6) gebildet ist, dessen außenradiale elastische Dichtlippe ein Ausströmen von Druckmittel aus dem Zylinderraum (9) gestattet und in der Gegenrichtung durch Anlage an den Zylinderdeckel (5) abdichtet.

3. Pneumatische Arbeitseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innenradiale Dichtlippe des Doppellippendichtringes (6) nach Art eines Abstreifers an der Kolbenstange (4) anliegt.

4. Pneumatische Arbeitseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (17) als außen am Zylinder (1) verlaufende Druckmittelleitung oder als in der Wandung des Zylinders (1) integrierter Druckmittelkanal ausgebildet ist.

5. Pneumatische Arbeitseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (2) als elektrisch ansteuerbares 3/2-Wege-Magnetventil ausgebildet ist.

6. Pneumatische Arbeitseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückstellfederanordnung (10) zwei koaxial zur Kolbenstange (4) zwischen dem Kolben und dem Zylinderdeckel (5) angeordnete und parallelgeschaltete Spiralfedern unterschiedlicher Federsteifigkeit und unterschiedlichen Durchmessers vorgesehen sind.

7. Pneumatische Arbeitseinheit nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein am Ventil (2) angeformter Haltering (18) vorgesehen ist, der den Zylinder (1) umschließt.