DE202004005410U1

DE202004005410U1 - Pneumatisch-hydraulischer Arbeitszylinder

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Publication number: DE202004005410U1
Application number: DE200420005410
Authority: DE
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2004-04-06
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2014-04-07

Abstract

Pneumatisch-hydraulischer Arbeitszylinder, mit einem Zylindergehäuse (2), das eine Innenkammer (13) und eine die Innenkammer koaxial umschließende Ringkammer (14) definiert,
– mit einem in der Innenkammer (13) axial verschiebbaren Kolben (15), der mit einer aus dem Zylindergehäuse (2) herausragenden Kolbenstange (16) verbunden ist und der die Innenkammer (13) in zwei axial aufeinanderfolgende Innenkammerabschnitte unterteilt, die einen zur gesteuerten Druckluftbeaufschlagung vorgesehenen, mit einem ersten Luftanschluss (26) verbundenen ersten Pneumatikabschnitt (24) und einen ersten Hydraulikabschnitt (25) bilden,
– und mit einer koaxial in der Ringkammer (14) angeordneten, schlauchförmigen Membran (33), die die Ringkammer (14) in zwei einander koaxial umschließende Ringkammerabschnitte unterteilt, die einen zur gesteuerten Druckluftbeaufschlagung vorgesehenen, mit einem zweiten Luftanschluss (36) verbundenen zweiten Pneumatikabschnitt (34) und einen über mindestens einen Drosselkanal (37, 38, 39) mit dem ersten Hydraulikabschnitt (25) verbundenen zweiten Hydraulikabschnitt (35) bilden, wobei die beiden Hydraulikabschnitte (25, 35) sowie der zugeordnete mindestens eine Drosselkanal (39) ein Hydraulikmedium...

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatisch-hydraulischen Arbeitszylinder der Art, bei der für die Erzeugung der gewünschten Hubbewegung einer Kolbenstange Druckluft eingesetzt wird, wobei während der Kolbenbewegung ein Hydraulikmedium durch mindestens einen Drosselkanal verdrängt wird, um insbesondere eine gleichmäßige Bewegung der Kolbenstange vor allem auch bei geringen Hubgeschwindigkeiten hervorzurufen. Solche Arbeitszylinder sind in Verbindung mit Öl als Hydraulikmedium auch unter dem Stichwort Ölbremszylinder ein Begriff.
Aus der EP 0567727 B1 geht ein pneumatisch-hydraulischer Arbeitszylinder hervor, dessen Zylindergehäuse eine einen Innenkolben aufnehmende Innenkammer und eine einen Ringkolben aufnehmende, die Innenkammer koaxial umschließende Ringkammer aufweist. Der Innenkolben ist an einer für den Kraftabgriff dienenden Kolbenstange befestigt und kann durch gesteuerte Druckbeaufschlagung der beiden von ihm axial abgetrennten Innenkammerabschnitte zu einer Linearbewegung angetrieben werden. Da der Ringkolben über eine Magneteinrichtung mit dem Innenkolben bewegungsgekoppelt ist, macht er dessen Linearbewegung mit, wobei er ein Hydraulikmedium verdrängt, das durch einen Drosselkanal hindurch zwischen den beiden von dem Ringkolben abgeteilten Ringkammerabschnitten überströmt. Der notwendige Einsatz einer Magneteinrichtung bewirkt bei diesem Arbeitszylinder relativ hohe Herstellkosten. Außerdem kann bei einer schlagartigen Beaufschlagung die Kraftkopplung zwischen den beiden Kolben beeinträchtigt werden.
Im Zusammenhang mit Federungssystemen beschreibt die DE 19950161 C2 eine hydropneumatische Abstützanlage für Kraftfahrzeuge. Auch diese besitzt ein Gehäuse mit einer Innenkammer und einer dazu koaxialen Ringkammer. In der Innenkammer befindet sich ein Kolben, der an einer Kolbenstange befestigt ist, über die eine Krafteinleitung stattfinden kann. In der Ringkammer ist eine ringförmige Membran angeordnet, die ein Luftpolster von einem mit Hydraulikmedium gefüllten Ringkammerabschnitt abteilt, der mit einem ebenfalls mit Hydraulikmedium gefüllten Innenkammerabschnitt verbunden ist. Für einen Betrieb als pneumatisch betätigter Arbeitszylinder ist diese Abstützanlage weder ausgelegt noch geeignet.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen pneumatisch-hydraulischen Arbeitszylinder zu schaffen, der die Realisierung einer gleichmäßigen Hubbewegung der Kolbenstange begünstigt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen pneumatisch-hydraulischen Arbeitszylinder, mit einem Zylindergehäuse, das eine Innenkammer und eine die Innenkammer koaxial umschließende Ringkammer definiert,

– mit einem in der Innenkammer axial verschiebbaren Kolben, der mit einer aus dem Zylindergehäuse herausragenden Kolbenstange verbunden ist und der die Innenkammer in zwei axial aufeinanderfolgende Innenkammerabschnitte unterteilt, die einen zur gesteuerten Druckluftbeaufschlagung vorgesehenen, mit einem ersten Luftanschluss verbundenen ersten Pneumatikabschnitt und einen ersten Hydraulikabschnitt bilden,
– und mit einer koaxial in der Ringkammer angeordneten, schlauchförmigen Membran, die die Ringkammer in zwei einander koaxial umschließende Ringkammerabschnitte unterteilt, die einen zur gesteuerten Druckluftbeaufschlagung vorgesehenen, mit einem zweiten Luftanschluss verbundenen zweiten Pneumatikabschnitt und einen über mindestens einen Drosselkanal mit dem ersten Hydraulikabschnitt verbundenen zweiten Hydraulikabschnitt bilden, wobei die beiden Hydraulikabschnitte sowie der zugeordnete mindestens eine Drosselkanal ein Hydraulikmedium enthalten.

Auf diese Weise liegt ein Arbeitszylinder vor, der pneumatisch betätigt wird, wobei ein bei der Betätigung verdrängtes Hydraulikmedium, vorzugsweise Öl, für eine gleichmäßige Hubbewegung des Kolbens und der mit diesem verbundenen Kolbenstange sorgt. Zum Bewegen des Kolbens in der einen Richtung wird der Kolben unmittelbar von der dem ersten Pneumatikab schnitt zugeführten Druckluft beaufschlagt. Das bei der daraus resultierenden Kolbenbewegung verdrängte Hydraulikmedium bewirkt ein Verformen der in der Ringkammer angeordneten schlauchförmigen Membran aufgrund der Vergrößerung des Volumens des zweiten Hydraulikabschnittes. Zur Verlagerung des Kolbens in entgegengesetzter Richtung wird der zweite Pneumatikabschnitt mit Druckluft beaufschlagt, sodass sich die Membran radial verformt und dabei Hydraulikmedium aus dem zweiten Hydraulikabschnitt in den ersten Hydraulikabschnitt verdrängt, was die gewünschte Bewegung des Kolbens und mithin der Kolbenstange in umgekehrter Richtung zur Folge hat.
Da das überströmende Hydraulikmedium mindestens einen Drosselkanal durchströmt, kann entsprechend der vorhandenen Drosselungsintensität eine bei Bedarf relativ langsame und dennoch gleichförmige Hubbewegung erzielt werden. Aufgrund der schlauchartigen Bauform der Membran lassen sich Ringkammerabschnitte relativ großer Länge realisieren, sodass auch bei geringem radialem Membranhub eine relativ große Menge an Hydraulikmedium verdrängt werden kann, was bei kompakten Querabmessungen große Hübe der Kolbenstange zulässt. Es ist ohne weiteres möglich, die axiale Länge der Ringkammer entsprechend einer größeren oder geringeren Baulänge des Zylindergehäuses auszuführen, sodass bei der Herstellung des Arbeitszylinders eine große Variabilität besteht und sich selbst große Kolbenstangenhübe beherrschen lassen. Die not wendige Hydraulikmediumreserve kann praktisch automatisch mit dem gewählten Hub wachsen oder abnehmen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass lediglich im Bereich des Kolbens und mithin an nur einer Stelle eine dynamische Dichtung für ein Hydraulikmedium notwendig ist, was minimale Schleppverluste an Hydraulikmedium gewährleistet. Im Bereich der Membran kann auf eine statische Abdichtung zur Abtrennung des Pneumatikabschnittes und des Hydraulikabschnittes zurückgegriffen werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Der Arbeitszylinder ermöglicht es, den mindestens einen Drosselkanal über seine gesamte Länge im Zylindergehäuse auszubilden. Somit kann komplett auf außen liegende Hydraulikmediumleitungen verzichtet werden, was eine optimale Dichtheit garantiert. Außerdem wird dadurch die Kompaktheit des Arbeitszylinders neuerlich begünstigt.
Ist für die einfahrende und ausfahrende Hubbewegung der Kol-benstange die gleiche Geschwindigkeit gewünscht, genügt ein einziger Drosselkanal zur Verbindung der beiden Hydraulikabschnitte. Dieser kann beispielsweise ein einfacher Überströmkanal mit einem der gewünschten Drosselungsintensität entsprechenden Querschnitt sein. Alternativ kann in den Über strömkanal eine Drosseleinrichtung eingeschaltet werden. Diese kann insbesondere eine zur Variierung der Drosselungsintensität verstellbare Drosselschraube aufweisen.
Sofern in den beiden Hubrichtungen der Kolbenstange unterschiedliche Hubgeschwindigkeiten realisierbar sein sollen, empfiehlt sich die Ausgestaltung zweier zueinander parallelgeschalteter Drosselkanäle zwischen den beiden Hydraulikabschnitten, wobei die Drosselkanäle über unterschiedliche Drosselungsintensitäten verfügen. Um Fehlströmungen des Hydraulikmediums auszuschließen, weisen die Drosselkanäle in diesem Fall vorzugsweise jeweils ein Rückschlagventil auf, wobei die Wirkungsrichtungen der beiden Rückschlagventile einander entgegengesetzt sind.
Konstruktiv besonders einfach lässt sich der Arbeitszylinder realisieren, wenn das Zylindergehäuse zwei Abschlussdeckel und zwei sich unter koaxialer Anordnung zwischen den Abschlussdeckeln erstreckende Rohre in Gestalt eines die Innenkammer begrenzenden Innenrohres und eines gemeinsam mit dem Innenrohr die Ringkammer begrenzenden Außenrohres aufweist. Zur Realisierung von Arbeitszylindern unterschiedlichen Hubes genügt es hier, auf Rohre mit entsprechender Länge zurückzugreifen. Es besteht die Möglichkeit, Rohre in Meterware zur Verfügung zu stellen, die man entsprechend dem gewünschten Hub lediglich abzulängen hat. Entsprechendes gilt für die schlauchförmige Membran, die man ebenfalls sehr ein fach in beliebigen Grundlängen zur Verfügung stellen kann, um sie nach Bedarf abzulängen und in den Arbeitszylinder einzusetzen.
Obgleich jeder der beiden Ringkammerabschnitte als zweiter Pneumatikabschnitt oder zweiter Hydraulikabschnitt einsetzbar ist, empfiehlt sich zu Gunsten einer konstruktiv einfachen Lösung eine Bauform, bei der der äußere Ringkammerabschnitt den zweiten Pneumatikabschnitt bildet.
Um im Bereich der dynamischen Abdichtung des Kolbens mögliche Schleppverluste an Hydraulikmedium zu kompensieren, ist es zweckmäßig, das maximal mögliche Volumen des von der Membran definierten zweiten Hydraulikabschnittes größer zu wählen als das maximal mögliche Volumen des vom Kolben begrenzten ersten Hydraulikabschnittes. Auf diese Weise verbleibt bei maximaler Auslenkung der Membran stets ein gewisses Restvolumen an Hydraulikmedium im zweiten Hydraulikabschnitt.
Innerhalb des Zylindergehäuses ist die schlauchförmige Membran zweckmäßigerweise dadurch an ihren beiden Endabschnitten fixiert, dass einer oder beide Endabschnitte koaxial in einen Befestigungsbereich eingreifen, der zwischen einem Abschnitt des Zylindergehäuses und einem in die Ringkammer eingesetzten separaten Haltering definiert ist. Es kann sich hierbei insbesondere um eine Klemmbefestigung handeln.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine mögliche erste Bauform des erfindungsgemäßen Arbeitszylinders, wobei oberhalb und unterhalb der Mittellinie unterschiedliche Betriebszustände abgebildet sind,
2 einen Querschnitt durch den Arbeitszylinder aus 1 gemäß Schnittlinie II–II und
3 einen Querschnitt durch eine alternative Bauform des Arbeitszylinders.
Der in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete pneumatisch-hydraulische Arbeitszylinder verfügt über ein längliches Zylindergehäuse 2 mit zwei in Richtung der Längsachse 3 zueinander beabstandeten vorderen und rückwärtigen Abschlussdeckeln 4, 5 und zwei sich unter koaxialer Anordnung zwischen den beiden Abschlussdeckeln 4, 5 erstreckenden Rohren, von denen das innere als Innenrohr 6 und das äußere als Außenrohr 7 bezeichnet seien.
Die beiden Abschlussdeckel 4, 5 haben an den einander zugewandten Seiten jeweils einen inneren und einen äußeren Zentrierabschnitt, von denen der äußere Zentrierabschnitt 9 axial zurückversetzt ist und zugleich einen größeren Außen durchmesser aufweist als der ihm koaxial vorgelagerte innere Zentrierabschnitt 8. Die radial orientierte Außenfläche des inneren Zentrierabschnittes 8 wird axial durch den sich anschließenden äußeren Zentrierabschnitt 9 größeren Außendurchmessers begrenzt. Die radial nach außen orientierte Außenfläche des äußeren Zentrierabschnittes 9 wird durch einen noch weiter zurückgesetzten und einen größeren Außendurchmesser als der äußere Zentrierabschnitt 9 aufweisenden Bundabschnitt 12 des betreffenden Abschlussdeckels 4, 5 axial begrenzt.
Das Innenrohr 6 ist auf die inneren Zentrierabschnitte 8 aufgesteckt, das Außenrohr 7 auf die beiden äußeren Zentrierabschnitte 9. Indem jeder Zentrierabschnitt 8, 9 in der radial orientierten Außenfläche eine Ringnut aufweist, in der ein Dichtungsring 11 sitzt, ist die Verbindung zwischen einem jeweiligen Rohr 6, 7 und dem zugeordneten Abschlussdeckel 4, 5 abgedichtet.
Das Innenrohr 6 begrenzt zusammen mit den beiden Abschlussdeckeln 4, 5 eine Innenkammer 13. Das Innenrohr 6 hat einen im Vergleich zum Innendurchmesser des Außenrohrs 7 geringeren Außendurchmesser und begrenzt zusammen mit dem Außenrohr 7 und den beiden Abschlussdeckeln 4, 5 eine die Innenkammer 13 auf gleicher axialer Höhe konzentrisch umschließende Ringkammer 14.
Die Abschlussdeckel 4, 5 sind mittels nicht näher gezeigter Zuganker axial mit den Endabschnitten der beiden Rohre 6, 7 verspannt.
In der Innenkammer 13 befindet sich ein axial verschiebbarer Kolben 15, an dem eine Kolbenstange 16 befestigt ist, die den vorderen Abschlussdeckel 4 unter Abdichtung durchsetzt. Am außerhalb des Zylindergehäuses 2 liegenden Endabschnitt der Kolbenstange 16 befindet sich ein Befestigungsabschnitt 17, an dem sich ein zu bewegendes Bauteil befestigen lässt. Der von der Kolbenstange 16 durchsetzten Deckeldurchbrechung 18 des vorderen Abschlussdeckels 4 ist mindestens eine ringförmige Dichtung 22 und eine Führungsbuchse 23 zugeordnet, um die Kolbenstange 16 gegenüber dem vorderen Abschlussdeckel 4 abzudichten und verschiebbar zu führen.
Der Kolben 15 unterteilt die Innenkammer 13 in zwei axial aufeinanderfolgende Innenkammerabschnitte in Gestalt eines dem vorderen Abschlussdeckel 4 zugeordneten ersten Pneumatikabschnittes 24 und eines dem rückwärtigen Abschlussdeckel 5 zugeordneten ersten Hydraulikabschnittes 25.
Der erste Pneumatikabschnitt 24 ist zur Beaufschlagung durch Druckluft vorgesehen. Er kommuniziert über einen im vorderen Abschlussdeckel 4 verlaufenden Kanal mit einem an der Außenfläche des vorderen Abschlussdeckels 4 vorgesehenen ersten Luftanschluss 26, über den gesteuert Druckluft zugeführt oder abgeführt werden kann. Zur Steuerung dient eine nicht näher dargestellte Steuerventileinrichtung.
Der erste Hydraulikabschnitt 25 ist zur Aufnahme eines Hydraulikmediums vorgesehen. Als Hydraulikmedium wird vorzugsweise Öl eingesetzt.
Um die beiden Innenkammerabschnitte 24, 25 voneinander abzudichten, trägt der Kolben 15 im Bereich seines Außenumfanges zwei axial aufeinanderfolgende ringförmige Dichtungen.
Die dem ersten Pneumatikabschnitt 24 zugeordnete Dichtung ist eine entsprechend ausgelegte Pneumatikdichtung 27, während die dem ersten Hydraulikabschnitt 25 zugeordnete Dichtung zur Abdichtung hydraulischer Medien ausgelegt ist und eine Hydraulikdichtung 28 darstellt. In beiden Fällen handelt es sich zweckmäßigerweise um Lippendichtringe.
Bei Bedarf kann der Kolben 15 mit einem insbesondere konzentrisch angeordneten Betätigungselement 32 ausgestattet sein, beispielsweise ein Permanentmagnet, der durch Zusammenwirken mit einem nicht näher dargestellten Positionssensor oder Wegmesssystem eine Positionserfassung des Kolbens 15 und mithin der mit diesem bewegungsgekoppelten Kolbenstange 16 ermöglicht.
In der Ringkammer 14 ist koaxial eine schlauchförmig ausgebildete Membran 33 angeordnet. Sie erstreckt sich zumindest im Wesentlichen über die gesamte Länge der Ringkammer 14 und ist an ihren beiden Endabschnitten 31 unter Abdichtung so gehäusefest fixiert, dass sie die Ringkammer 14 unter Abdichtung in zwei einander koaxial umschließende ringförmige Ringkammerabschnitte unterteilt. Der eine Ringkammerabschnitt bildet einen zweiten Pneumatikabschnitt 34, der andere Ringkammerabschnitt einen zweiten Hydraulikabschnitt 35.
Beim Ausführungsbeispiel ist der zweite Pneumatikabschnitt 34 derjenige Ringkammerabschnitt, der zwischen dem Außenrohr 7 und der Membran 33 angeordnet ist. Der zweite Hydraulikabschnitt 35 befindet sich zwischen der Membran 33 und dem koaxial innerhalb dieser angeordneten Innenrohr 6. Grundsätzlich wäre allerdings auch eine umgekehrte Anordnung dieser Ringkammerabschnitte möglich.
Der zweite Pneumatikabschnitt 34 ist gesteuert mit Druckluft beaufschlagbar und kommuniziert zu diesem Zweck über einen das Zylindergehäuse 2 durchsetzenden Fluidkanal mit einem zweiten Luftanschluss 36, der sich zweckmäßigerweise am gleichen Abschlussdeckel wie der erste Luftanschluss 26 befindet, beim Ausführungsbeispiel am vorderen Abschlussdeckel 4. Über den zweiten Luftanschluss 36 kann Druckluft in den zweiten Pneumatikabschnitt 34 eingespeist oder aus diesem abgeführt werden. Dies geschieht wiederum unter Verwendung der schon erwähnten, nicht dargestellten Steuerventileinrichtung.
Der zweite Hydraulikabschnitt 35 steht über zwei parallelgeschaltete Drosselkanäle 37, 38 mit dem ersten Hydraulikabschnitt 25 in Fluidverbindung. Beide Hydraulikabschnitte 25, 35 sowie die Drosselkanäle 37, 38 sind vollständig mit Hydraulikmedium, vorzugsweise Öl, gefüllt.
Die beiden Drosselkanäle 37, 38 verlaufen über ihre gesamte Länge hinweg im Zylindergehäuse 2. Sie befinden sich zu einem größten Teil vorzugsweise in einem gemeinsamen Abschlussdeckel, wobei es sich zweckmäßigerweise um den nicht von der Kolbenstange 16 durchsetzten rückwärtigen Abschlussdeckel 5 handelt.
Jeder der beiden Drosselkanäle 37, 38 setzt sich aus einem die beiden Hydraulikabschnitte 25, 35 fluidisch verbindenden Überströmkanal 42 sowie einer Drosseleinrichtung 43 und einem Rückschlagventil 44, letztere jeweils in den Verlauf des zugeordneten Überströmkanals 42 eingeschaltet, zusammen. Durch die Drosseleinrichtungen 43 wird eine bestimmte Drosselungsintensität vorgegeben, die bei den beiden Drosselkanälen 37, 38 unterschiedlich hoch sein kann. Die beiden Rückschlagventile 44 verfügen über einander entgegengesetzte Wirkungsrichtungen, sodass das eine in Richtung zum ersten Hydraulikabschnitt 25 sperrt und in Gegenrichtung eine Strömung zulässt, während das andere in Richtung zum zweiten Hydraulikabschnitt 35 sperrt und in der Gegenrichtung eine Fluidströmung zulässt. Auf diese Weise wird erreicht, dass Hydraulikmedium den einen Drosselkanal nur in der einen und den anderen Drosselkanal nur in der anderen Richtung durchströmen kann.
In der in 1 unterhalb der Mittellinie dargestellten Grundstellung des Arbeitszylinders ist die Kolbenstange 16 weitestmöglich eingefahren, und der Kolben 15 befindet sich in einer an den rückwärtigen Abschlussdeckel 5 angenäherten ersten Position. Gleichzeitig nimmt der erste Hydraulikabschnitt 25 sein minimales Volumen ein, sodass der größte Teil des Hydraulikmediums in den zweiten Hydraulikabschnitt 35 verdrängt ist und die schlauchförmige Membran 33 den in 1 unten abgebildeten, radial aufgeweiteten Zustand einnimmt.
Um die Kolbenstange 16 auszufahren, wird über den bis dahin entlüfteten zweiten Luftanschluss 36 Druckluft zugeführt, während gleichzeitig der erste Pneumatikabschnitt 24 über den entsprechend angesteuerten ersten Luftanschluss 26 entlüftet wird. Dabei drückt die in den zweiten Pneumatikabschnitt 34 einströmende Druckluft die Membran 33 ringsum radial zusammen, sodass die Membran 33 das im zweiten Hydraulikabschnitt 35 befindliche Hydraulikmedium über den ersten Drosselkanal 37 hinweg in den ersten Hydraulikabschnitt 25 verdrängt, wo es den Kolben 15 beaufschlagt und somit eine Verlagerung des Kolbens 15 in Richtung zum vorderen Abschlussdeckel 4 und mithin ein Ausfahren der Kolbenstange 16 verursacht.
Um die Kolbenstange 16 anschließend wieder einzufahren, wird die Art der Ansteuerung der beiden Luftanschlüsse 26, 36 vertauscht. Die über den ersten Luftanschluss 26 in den ersten Pneumatikabschnitt 24 einströmende Druckluft drückt dann den Kolben 15 in Richtung zum rückwärtigen Abschlussdeckel 5, wobei der Kolben Hydraulikmedium aus dem ersten Hydraulikabschnitt 25 über den zweiten Drosselkanal 38 in den zweiten Hydraulikabschnitt 35 verdrängt. Dadurch wird die Membran 33 wieder aufgeweitet, wobei das durch die Aufweitung verdrängte Luftvolumen aus dem zweiten Pneumatikabschnitt 34 über den zweiten Luftanschluss 36 entweichen kann.
Entsprechend der gewählten Drosselungsintensität der Drosseleinrichtungen 43 kann die Hubgeschwindigkeit des Kolbens und der Kolbenstange 16 in den beiden Hubrichtungen vorgegeben werden. Es besteht die Möglichkeit, durch Wahl unterschiedlicher Drosselungsintensitäten der beiden Drosseleinrichtungen 43 für den Ausfahrhub und für den Einfahrhub der Kolbenstange 16 unterschiedliche Geschwindigkeiten zu erhalten.
Beim Ausführungsbeispiel sind beide Drosseleinrichtungen 43 in ihrer Drosselungsintensität variabel einstellbar. Sie enthalten hierzu beispielsweise eine von außen her verstellbare Drosselschraube 45. Somit ergibt sich eine hohe Variabilität in der Geschwindigkeitsvorgabe der Kolbenstange 16.
Werden in beiden Hubrichtungen stets gleiche Geschwindigkeiten gewünscht, genügt ein einziger Drosselkanal 39 zur Verbindung der beiden Hydraulikabschnitte 25, 35, der dann bei beiden Hubrichtungen vom verdrängten Hydraulikmedium durchströmt wird. Eine entsprechende Ausgestaltung ist in 3 strichpunktiert angedeutet.
Vor allem wenn eine variable Einstellung der Drosselungsintensität nicht benötigt wird, kann als Drosselkanal ein einfacher Überströmkanal herangezogen werden, dessen Querschnitt der gewünschten Drosselungsintensität entsprechend gewählt ist.
Während bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 die einem jeweiligen Drosselkanal 37, 38 zugeordnete Drosseleinrichtung 43 sowie das zugehörige Rückschlagventil 44 gesonderte Komponenten sind, zeigt die 3 eine Bauform, bei der die Funktion der Drosseleinrichtung 43 und des Rückschlagventils 44 in eine kombinierte Drosselrückschlageinrichtung integriert ist. Diese Integration lässt sich am einfachsten dadurch realisieren, dass die Drosseleinrichtung 43 über eine Drosselschraube 45 verfügt, die mit einer Rückschlaglippe 46 bestückt ist, welche gemeinsam mit der Wandung der die Drosselschraube 45 aufnehmenden Bohrung das Rückschlagventil 44 bildet.
Um etwaige Verluste an Hydraulikmedium auszugleichen, das am Kolben 15 vorbei in den ersten Pneumatikabschnitt 24 gelangt – man spricht hierbei von Schleppverlusten des Hydraulikmediums oder, bei Öl, auch von Schleppölverlusten –, ist die konstruktive Auslegung beim Ausführungsbeispiel so getroffen, dass das maximale Volumen des zweiten Hydraulikabschnittes 35 größer ist als das maximale Volumen des ersten Hydraulikabschnittes 25. Die Volumendifferenz zwischen dem ersten Hydraulikabschnitt 25 und dem größeren zweiten Hydraulikabschnitt 35 definiert das Reservevolumen für die Schleppverluste.
Bei komplett eingefahrenem, am rückwärtigen Abschlussdeckel 5 anliegendem Kolben 15 hat die Membran 33 durch das in den Hydraulikabschnitt 35 eingeströmte Hydraulikmedium ihre maximale Aufweitung erfahren, wobei sie entweder gerade an der Innenfläche des Außenrohres 7 anliegt oder dieses noch nicht erreicht hat. Dadurch ist sichergestellt, dass der Kolben 15 auch tatsächlich am rückwärtigen Abschlussdeckel 5 zur Anlage gelangen kann. Dabei ist das Füllvolumen des zweiten Hydraulikabschnittes 35 ausreichend groß, um bei umgekehrter Bewegungsrichtung zu gewährleisten, dass der Kolben 15 den vorderen Abschlussdeckel 14 erreicht. Wäre dies nicht der Fall, müsste Hydraulikmedium nachgefüllt werden.
Zusammenfassend kann man sagen, dass das Reservevolumen maximal gefüllt ist, wenn der Kolben 15 ganz eingefahren und die Membran 33 maximal radial aufgeweitet ist. Hingegen ist das Reservevolumen aufgebraucht, wenn die Membran 33 am Innenrohr 6 anliegt und der Kolben 15 gerade noch vollständig ausgefahren ist.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Zuordnung des ersten Pneumatikabschnittes 24 und des ersten Hydraulikabschnittes 25 zu den beiden vom Kolben 15 abgeteilten Innenkammerabschnitten im Vergleich zur gezeigten Bauform auch vertauscht sein kann. In diesem Falle würde sich der erste Hydraulikabschnitt 25 im Bereich des von der Kolbenstange 16 durchsetzten vorderen Abschlussdeckels 4 befinden. Da dies allerdings eine weitere dynamische Dichtstelle zur Abdichtung des Hydraulikmediums zur Folge hat – im Bereich der Dichtung 22 –, wird die gezeigte Bauform, bei der der erste Hydraulikabschnitt 25 von dem dem rückwärtigen Abschlussdeckel 5 zugeordneten Innenkammerabschnitt gebildet wird, vorgezogen.
Zum Zwecke ihrer stirnseitigen dichten Fixierung greift die Membran 33 mit ihren beiden Endabschnitten 31 zweckmäßigerweise koaxial in einen ringförmigen Befestigungsbereich 47 ein, der zwischen einem Abschnitt des Zylindergehäuses 2 und einem benachbart zum zugeordneten Abschlussdeckel 4, 5 koaxial in die Ringkammer 14 eingesetzten Haltering 48 definiert wird.
Bei der Ausführungsform der 1 liegt der Befestigungsbereich 47 radial innerhalb des zugeordneten Halteringes 48. Als an der Einspannung mitwirkender Abschnitt des Zylindergehäuses 2 dient dabei der vom betreffenden Endabschnitt 31 der Membran 33 konzentrisch umschlossene Endbereich des Innenrohres 6.
Alternativ kann sich der Befestigungsbereich 47 auch radial außerhalb des zugeordneten Halteringes 48 befinden. Der Endabschnitt 31 der Membran 33 wird dann zweckmäßigerweise, wie in 3 in der linken Bildhälfte gezeigt, zwischen dem Haltering 48 und dem Innenumfang des Außenrohrs 7 gehalten.
Es besteht auch die Möglichkeit, den einen der Befestigungsbereiche 47 innerhalb und den anderen außerhalb des betreffenden Halteringes vorzusehen. Eine solche Variante zeigt die 3.
Der Haltering 48 kann einen Verbindungskanal 52 enthalten oder definieren, der im Falle des einen Halteringes zu dem zum zweiten Luftanschluss 36 führenden Fluidkanal gehört und im Falle des anderen Halteringes einen Endabschnitt des Überströmkanals 42 bildet. Somit kann Druckluft und/oder Hydraulikmedium durch den Haltering 42 hindurch oder an diesem vorbei in den oder aus dem betreffenden Ringkammerabschnitt strömen.
Die Hauptaufgabe des Halteringes 48 besteht darin, an der der Membran 33 zugewandten Seite eine zur Membran konzentrische, ringförmige Abstützfläche 53 zu definieren, an der sich die Membran 33 im Bereich ihrer Endabschnitte 31 beim Verformen anlegen kann und die einen bezüglich der Längsachse 3 des Zylindergehäuses 2 geneigten und vorzugsweise gewölbten Verlauf hat, sodass die Membran 33 beim Verformen nur sanft gerundet und nicht abgeknickt wird.
Die Halteringe 48 befinden sich in den axialen Endbereichen der Ringkammer 14 und sitzen konzentrisch auf den inneren Zentrierabschnitten 8, und zwar entweder direkt oder unter konzentrischer Zwischenschaltung des zugeordneten Endabschnittes des Innenrohres 6.

Claims

Pneumatisch-hydraulischer Arbeitszylinder, mit einem Zylindergehäuse (2), das eine Innenkammer (13) und eine die Innenkammer koaxial umschließende Ringkammer (14) definiert, – mit einem in der Innenkammer (13) axial verschiebbaren Kolben (15), der mit einer aus dem Zylindergehäuse (2) herausragenden Kolbenstange (16) verbunden ist und der die Innenkammer (13) in zwei axial aufeinanderfolgende Innenkammerabschnitte unterteilt, die einen zur gesteuerten Druckluftbeaufschlagung vorgesehenen, mit einem ersten Luftanschluss (26) verbundenen ersten Pneumatikabschnitt (24) und einen ersten Hydraulikabschnitt (25) bilden, – und mit einer koaxial in der Ringkammer (14) angeordneten, schlauchförmigen Membran (33), die die Ringkammer (14) in zwei einander koaxial umschließende Ringkammerabschnitte unterteilt, die einen zur gesteuerten Druckluftbeaufschlagung vorgesehenen, mit einem zweiten Luftanschluss (36) verbundenen zweiten Pneumatikabschnitt (34) und einen über mindestens einen Drosselkanal (37, 38, 39) mit dem ersten Hydraulikabschnitt (25) verbundenen zweiten Hydraulikabschnitt (35) bilden, wobei die beiden Hydraulikabschnitte (25, 35) sowie der zugeordnete mindestens eine Drosselkanal (39) ein Hydraulikmedium enthalten.
Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Drosselkanal (37, 38, 39) über seine gesamte Länge im Zylindergehäuse (2) verläuft.
Arbeitszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Drosselkanal (37, 38) einen die beiden Hydraulikabschnitte (25, 35) fluidisch verbindenden Überströmkanal (42) und eine in dessen Verlauf eingeschaltete Drosseleinrichtung (43) aufweist.
Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (43) in ihrer Drosselungsintensität variabel einstellbar ausgebildet ist.
Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hydraulikabschnitte (25, 35) durch wenigstens zwei zueinander parallelgeschalte Drosselkanäle (37, 38) miteinander verbunden sind.
Arbeitszylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drosselkanäle (37, 38) ausgebildet sind, um sich voneinander unterscheidende Drosselungsintensitäten hervorzurufen.
Arbeitszylinder nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drosselkanäle (37, 38) jeweils ein Rückschlagventil (44) aufweisen, wobei die beiden Rückschlagventile (44) über einander entgegengesetzte Wirkungsrichtungen verfügen.
Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylindergehäuse (2) zwei Abschlussdeckel (4, 5) und zwei sich unter koaxialer Anordnung zwischen den Abschlussdeckeln (4, 5) erstreckende Rohre in Gestalt eines die Innenkammer (13) begrenzenden Innenrohres (6) und eines gemeinsam mit dem Innenrohr (6) die Ringkammer (14) begrenzenden Außenrohres (7) aufweist.
Arbeitszylinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rohre (6, 7) unter Abdichtung stirnseitig auf Zentrierabschnitte (8, 9) des jeweils zugeordneten Abschlussdeckels (4, 5) aufgesteckt sind.
Arbeitszylinder nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Drosselkanal (37, 38, 39) in einem der Abschlussdeckel (5) verläuft.
Arbeitszylinder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der den mindestens einen Drosselkanal (37, 38, 39) aufweisende Abschlussdeckel (5) derjenige Abschlussdeckel ist, der nicht von der Kolbenstange (16) durchsetzt ist.
Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die schlauchförmige Membran (33) einen aus Material mit gummielastischen Eigenschaften bestehenden Membrankörper aufweist.
Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Ringkammerabschnitt den zweiten Pneumatikabschnitt (34) bildet.
Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das maximale Volumen des zweiten Hydraulikabschnittes (35) größer ist als das maximale Volumen des ersten Hydraulikabschnittes (25).
Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der axialen Endabschnitte (31) der schlauchförmigen Membran (33) koaxial in einen zwischen einem Abschnitt des Zylindergehäuses (2) und einem in die Ringkammer (14) eingesetzten Haltering (48) definierten Befestigungsbereich (47) eingreift.
Arbeitszylinder nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsbereich (47) radial innerhalb oder radial außerhalb des betreffenden Halteringes (48) liegt.
Arbeitszylinder nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (48) an der der Membran (33) zugewandten Seite eine zur Membran (33) konzentrische, ringförmige Abstützfläche (53) für die Membran (33) aufweist, die einen bezüglich der Längsachse (3) des Zylindergehäuses (2) geneigten und vorzugsweise gewölbten Verlauf hat.