-
Arbeitszylinder für pneumatische oder hydraulische Druckmedienv Zusatz
zu Patent ... (Patentanmeldung P 21 09 564.7) Die Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder
für pneumatische oder hydraulische Druckmedien, de-ssen Mantel aus einem um die
Längsachse des Arbeitszylinders herumlaufenden, unter Einwirkung des Druckmediums
streckbaren faltenbalgartigen Körpers besteht und dessen Abschlußstücke an den axialen
Stirnenden aus Platten bestehen, von denen die eine den Eintritt des Arbeitsmediums
in den Faltenbalgkörper vermittelt und die andere die Arbeitsbewegung
ausführt.
-
Das Hauptpatent hat sich die Aufgabe gestellt, einen Arbeitszylinder
der hier in Frage stehenden Art zu schaffen, der bei einfachstem Aufbau ein Arbeiten
ohne Verluste an Energie und Arbeitsaufwand erlaubt. Die Erfindung nach dem Hauptpatent
ist davon ausgegangen, daß die bekannten Arbeitszylinder mit Kolben und Kolbenstange
einen wesentlichen Nachteil besitzen, der darin zu sehen ist, daß für die Herstellung
des Zylinders, des Kolbens und der Kolbenstange, für die Abdichtung und für die
Oberflächenbehandlung relativ große Aufwendungen erforderlich sind, wenn man eine
möglichst niedrige Abnutzung und Reibung erhalten und die Gefahr der Korrosion verhindern
will. Hinzu kommt der Umstand, daß bei solchen bekannten Zylindern in aller Regel
kurze Hübe wegen des sogenannten Stick-Slip-Effektes nur schwer zu erreichen sind.
Die Anordnung nach dem Hauptpatent vermeidet durch die dort vorgeschlagenen Merkmale
diese Nachteile. Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die dem
Hauptpatent zugrundeliegenden Gedanken weiterzuverfolgen und im Rahmen dieser Gedankenfortsetzung
eine Verbesserung der Anordnung nach dem Hauptpatent dahingehend vorzunehmen, daß
bei gleicher Bauhöhe noch ein größerer Hub erreicht wird.
-
Zu dem obengenannten Zweck ist gemäß der Erfindung vorgesehen,
daß
der durch den faltenbalg gebildete Mantel die Gestalt eines Kegels oder Kegel stumpfes
hat und die Größe der einzelnen Falten von dem Ende des Faltenbalgs mit größerem
Durchmesser zum anderen sunde hin allmählich und kontinuierlich abnimmt. Zweckmäßigerweise
ist vorgesehen, daß die Tiefe der Falten, des Baltenbalgs von dem Ende-mit größerem
Durchmesser zum anderen ""nde hin allmählich und kontinuierlich abnimmt 2 wobei
vorzugsweise die Anordnung so getroffen sein kann, daß die Falten im Querschnitt
etwa kreisförmig sind und der Durchmesser der Falten- von dem Ende des Faltenbalgs
mit grösserem Durchmesser zu dem anderen runde hin allmählich abnimmt.
-
Die Anordnung kann z.B. auch noch so getroffen sein, daß die Spannung
in den Falten gemäß der Gleichung # (Spannung) = M (Moment) konstant bleibt.
-
W (Widerstandsmoment Die erfindungsgemäße Anordnung bringt den Vorteil
mit sich, daß mit ihr nicht nur ein Zylinder geschaffen wird, der bei einfachstem
Aufbau ein Arbeiten ohne Verluste an Energie und Arbeitsaufwand ermöglicht, sondern
darüber hinaus noch einerseits bei relativ kleiner Bauhöhe ein großer Hub erreicht
wiri und andererseits bei konstanter Druckluftbelastung in allen Falten etwa dieselbe
Spannung erreicht und ein vorzeitiges Ermüden und ein Bruch bei Dauerbelastung verhindert
wird, Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn die federnden
Ringe
so ausgebildet sind, daß sie infolge des Einlegens in die Falten des Faltenbalges
bei der Ausdehnung des Zylinders eine radiale Ausweitung erfahren. Die Anordnung
kann jedoch z.B. auch so getroffen sein, daß zum Erzeugen der Rückholkraft eine
Spiralfeder vorgesehen ist, deren einzelne Spiralen in die aufeinanderfolgenden
Falten des Balgs eingelegt sind, und daß der Balg hierbei spiralförmig verlaufende
Falten besitzt.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Arbeitszylinder gemäß der Erfindung
in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung und Fig. 2 eine Einzelheit einer
abgewandelten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung in einer Seitenansicht
im Schnitt.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 des Erfindungsgegenstandes handelt
es sich um einen Arbeitszylinder, der einen Mantel 1 in Gestalt eines Faltenbalges
besitzt, der um die Längsachse 2 des Arbeitszylinders herumläuft und unter der Wirkung
des Druckmediums streckbar ist.
-
Dieser Mantel kann sich aus der Ausgangsstellung heraus,
in
der er Falten 3, 4, 5 bildet und die einer geringeren axialen erstreckung 6 zugeordnet
ist, in axialer Richtung gemäß Pfeil 7 bis zur Strecklage hin ausdehWnen, in der
die Falten mehr oder weniger verschwunden ist und die einer größeren axialen Erstreckung
entspricht. An seinen beiden axialen Stirnenden ist der Mantel durch Abschlußstücke
8, 9 in Gestalt von Platten abgeschlossen.
-
Von diesen beiden an den axialen Stirnenden angeordnete-n;; Platten
dient die eine, die Platte 8, zum Einführen des Arbeitsmediums, zu welchem Zweck
sie in Längsrichtung verlauf ende durchgehende Bohrungen besitzt-,8durch die das
Druckmedium hindurchtreten kann. (Eine solche Bohrung ist in Fig. 1 bei 10 gestrichelt
angedeutet.) Die andere Platte, die Platte 9 dient zum Ausführen der Arbeitsbewegung.
Die die Abschlußstücke bildenden Platten sind als steife h!la-erialstücke ausgebildet,
die z.B. aus Metall oder Kunststoff bestehen können.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der durch den Faltenbalg gebildete
Mantel die Gestalt eines Kegelstumpfes hat, wobei bei dem in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel der Kegelstumpf die größere Grundfläche an der Seite hat, die
der Einführung des Druckmediums dient.
-
Die Anordnung kann jedoch z.B. auch umgekehrt getroffen sein. Weiterhin
ist erfindungsgemäß vorgesehen, daßdie Größe der einzelnen Falten 3,4,5 - also in
weiterer Folge die Tiefe der Falten - von dem Ende des Faltenbalgs
mit
größerem Durchmesser - dem dem Abschlußstück 8 zugeordneten Ende - zum anderen Ende
hin- dem dem Abschlußstück 9 zugeordneten Ende - allmählich und kontinuierlich abnimmt.
Hierbei ist zweckmäßigerweise die Abstufung der Faltengröße so gewählt, daß die
Spannung in den Falten gemäß der Gleichung (Spannung) = M (Moment) (Widerstandsmoment)
konstant bleibt. Die Falten sind hierbei etwa kreisförmig ausgebildet, wobei der
Durchmesser der Falten von dem Ende des Faltenbalgs mit größerem Durchmesser zu
dem anderen Ende hin allmählich abnimmt. Diese Anordnung bringt den Vorteil mit
sich, daß nunmehr die Spannung in allen Falten etwa gleich bleibt und daß also eine
unzulässige Beanspruchung nur eines Teiles des Faltenbalges nicht möglich ist.
-
Wie bereits erwähnt, ist bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
die größere Grundfläche des Kegelstumpfes an der dem Einlaß 10 für das Druckmedium
zugeordneten Seite vorgesehen, in diesem Falle ist die Platte 8 auch größer als
die Platte 9 am entgegengesetzten Ende des Mantels, welche die Arbeitsbewegung gemäß
Pfeil 11 ausführt. Die Platte 8 könnte z.B. auch eine gegenüber dem Mantel des Faltenbalges
in radiale Richtung überstehende Randpartie besitzen, was in gewissen
Fällen
zweckmäßig ist. Die dem Einlaß für das Druckmedium zugeordnete Platte 8 ist auch
zweckmäßigerweise mit Anschlußeinrichtungen zum Anschluß an einer Druckmediumquelle
vorgesehen, die jedoch in der Zeichnung nicht weiter dargestellt ist, während die
Platte am gegenüberliegenden znde mit Mitteln zum übertragen der Arbeitsmedian versehen
ist, so z.B. kann sie mit Mitteln zum Herstellen einer Verbindung zu einem die Arbeitsbewegung
ausführenden Organ ausgerüstet sein.
-
Diese Mittel sind in der Zeichnung nicht weiter dargestellt, sie können
beliebiger Art sein. Außerdem kann man auch noch eine der Platten, zweckmäßigerweise
die zum Einführen des Arbeitsmediums dienende Platte, mit Befestigungsmitteln, z.B.
einem Spannring, einer Spannplatte, Spannaugen usw. versehen, die zum Befestigen
der Arbeitszylinder an einer Unterlage oder einem Träger dienen. Diese Befestigungsmittel
können gegenüber der Platte vorstehen und zum Befestigen des Zylinders, z.B.
-
durch Anschrauben an seiner Unterlage dienen. Die Befestigungsmittel
können mit der Platte in beliebiger Weise verbunden sein, z.B. können sie an ihr
angeklebt und mit ihr verschraubt sein. Die Anordnung kann jedoch z.B. auch so getroffen
sein, daß die größere Grundfläche des Kegelstumpfes sich an der dem Auslaß für das
Druckmedium zugeordneten Seite befindet.
-
Der Faltenbalg kann elastisch aus Metall hergestellt sein, wobei die
Rückholkraftrdem Mantelkörper selbst innewohnt. Man kann jedoch die Anordnung auch
so treffen, daß der kegelstumpfförmige Faltenbalg aus elastischem Material, z.B.
aus Gummi und Kunststoffmaterial mit gummiähnlichen Sigenschaften besteht, wobei
hierbei die Rückholkraft durch Federn, z.B. aus Stahl geliefert wird, die z.B. in
den Faltenbalg eingesetzt sind.
-
Für die Erzeugung der Rückholkraft können verschiedene Elemente verwendet
werden. So z.B. können die zum Erzeugen der Rückholkraft dienenden Federn als Außenfedern
ausgebildet sein, die in diesem Falle zweckmäßigerweise an den Abschlußplatten angreifen.
Die Federn können auch von innen oder von außen an den Feltenbalg angelegt sein.
Schließlich kann man auch die Rückholkraft durch federnde Ringe erzeugen, deren
Durchmesser von einem axialen Ende des Zylinders zum anderen ßnde abnimmt und die
einzeln in die aufeinanderfolgenden Falten des Balges eingelegt sind. Diese federnden
Ringe sind zweckmäßigerweise hierbei gemäß Fig. 2 so ausgebildet, daß sie infolge
des Einliegens in die Falten des Faltenbalges bei der Ausdehnung des Zylinders eine
radiale Ausweitung erfahren. Es ist aus Fig. 2, die eine bevorzugte Ausführungsform
dieser Variante des Erfindungsgegenstandes zeigt, zu erkennen, daß die federnden
Ringe
an der dem Faltenbalg zugewandten Seite eine dem Rund der
Falten angepaßte Form haben und hierbei an dem Grund der Falten anliegen, während
sie im übrigen eine der größe der Ausweitung entsprechende Querschnittsform haben
und ein entsprechendes Widerstandsmoment besitzen. Bei dem in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel bestehen speziell die federnden Ringe aus zwei Partien 12, 13,
von denen die dem Faltenbalg 14 zugewandte Partie im Querschnitt etwa die Gestalt
eines Kreises hat, der etwa mit dem Radius der zugehörigen Falte beschrieben worden
und am Grund 15 dieser Falte angelegt worden ist, während die sich nach außen hin
anschließende andere Partie eine schmälere Verlängerung der ersten bildet, die etwa
koaxial mit dieser angeordnet ist, wobei beide Längsmittellinien in derselben Ebene
18 liegen. Die Partie 12 geht allmählich in die Partie 13 bei 16,17 über. Ihre Länge
entspricht etwa dem Durchmesser der ersteren, während ihre Breite sich zu diesem
Durchmesser etwa wie 1 : 2 verhält.
-
Man kann auch zum Erzeugen der Rückholkraft eine Spiralfeder vorsehen,
derreinzelne Spiralen in die aufeinanderfolgenden Falten des Balges eingelegt sind,
wobei dann der Balg spiralförmig verlaufende Falten besitzt.
-
Der Faltenbalg kann einen in sich geschlossenen Körper
bilden,
der an den Stirnseiten abgeschlossen ist, an denen die die Abschlußstücke bildenden
Platten oder Scheiben von außen her angebracht sind, z.B. indem sie mit diesem Balg
verschweißt oder verklebt sind. Der Faltenbalg kann jedoch auch an den den beiden
axialen Stirnseiten entsprechenden Enden offen sein, wobei die die Abschlußstücke
bildenden Platten von außen her an den Faltenbalg angesetzt und mit dem zugeordneten
Materialrand durch Verkleben, Verschweißen usw. verbunden sind und den Innenraum
des Faltenbalges an dem zugeordneten znde hermetisch abschließen. Schließlich kann
der Faltenbalg nur an einem Ende von sich aus geschlossen und am anderen Ende durch
die zugeordnete Abschlußplatte verschlossen sein.
-
Wenn man bei der erfindungsgemäßen Anordnung Druckmedium gemäß Pfeil
7 durch die Öffnung 1o in das Zylinderinnere einführt, dehnt sich der Faltenbalg
aus, bis er annähernd die Strecklage einnimmt, wobei die Platte 9 eine Bewegung
in wichtung des Pfeiles 11 ausführt und hierbei eine Arbeit verrichten oder eine
Arbeitsbewegung an ein anderes Organ weitergeben kann. Wenn man nunmehr ein der
Einlaßöffnung vorgeschaltetes, nicht weiter dargestelltes Ventil auf Entlüftung
umschaltet, wird der Faltenbalg durch die ihm innewohnende Rückholkraft und durch
den evtl. an der Platte ausgeübten Widerstand
in die Ausgangsstellung
zurückgeführt, wobei diqeuft aus dem Inneren des Zylinders durch die Öffnung lo,
die nunmehr zur Entlüftung dient, nach außen geführt wird