DE2232709C2

DE2232709C2 - Betätigungszylinder mit Kraftverstärkung

Info

Publication number: DE2232709C2
Application number: DE2232709A
Authority: DE
Inventors: Roger Keith North Wembley Middlesex Taylor
Original assignee: TOURDELOS Ltd LONDON GB
Current assignee: TOURDELOS Ltd LONDON GB
Priority date: 1971-07-05
Filing date: 1972-07-04
Publication date: 1982-12-16
Also published as: IT965883B; ES404569A1; NL173671C; AR198622A1; AU471049B2; IL39813A0; BE785888A; JPS572921B1; NL7209402A; SU473374A3; EG11074A; FI57652B; BR7204435D0; AU4418172A; FR2144799A1; DE2232709A1; NO138227B; DD97730A5; SE386487B; IL39813A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Betätigungszylinder mit Kraftverstärkung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Betätigungszylinder ist aus der US-PS 97 784 bekannt, in dem ein ringförmiger Kolben gegenüber einem feststehenden Schaft zwischen zwei Endstellungen axial beweglich angeordnet und über eine Hebeleinrichtung mit einer Kolbenstange verounden ist. Die Hebeleinrichtung umfaßt ein Paar von am Kolben angelenkten Hebeln, an denen ferner jeweils ein mit dem Schaft und ein mit der Kolbenstange drehbar verbundener Hebel im selben Anlenkpunkt angelenkt sind. Die Endstellung in Richtung des Arbeitshubs wird durch eine Schulter an der Innenseite des Zylinders gebildet. Hierbei ist aufgrund der Anordnung des feststehenden Schaftes und des demgegenüber axial beweglichen Kolbens der zur Verfügung stehende Zylinderinnendurchmesser für die Druckumsetzung schlecht genutzt, während ferner beim Rückhub die zur Verfügung stehende Kolbenfläche anfänglich durch die Schulter an der Innenseite des Zylinders zusätzlich verringert wird. Außerdem ist die Verwendung eines Ringkolbens mit entsprechender Abdichtung aufwendig. Die Hebeleinrichtung erfordert Teile mit engen Toleranzen aufgrund der vorgesehenen Anlenkungen, die zudem einem erhöhten Verschleiß unterworfen sind. Ferner ist die Montage und Demontage aufwendig, zumal hier auch der Schaft im Zylinder ;:u befestigen bzw. zu lösen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Betätigungszylinder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei dem der zur Verfügung stehende Zylinderdurchmesser besser für die Druckumsetzung ausgenutzt wird und der einfacher und billiger herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Auf diese Weise kann beim Arbeitshub und im wesentlichen auch beim Rückhub die Druckumsetzung über der gesamten Kolbenfläche, die den gesamten Innenquerschnitt des Zylinders einnimmt, erfolgen. Abgesehen von der Anlenkstelle eines Hebels am Zylinder sind die übrigen AnlenksteHen selbsteinstellend im Zylinder vorgesehen, so daß sich eine einfachere Montage von Teilen mit entsprechend geringeren Toleranzen und Verschleiß und eine einfachere Konstruktion durch weniger Teile und Vermeidung eines Ringkolbens ergibt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Abbildungen näher erläutert.

F i g. 1A, 1B und IC zeigen seitliche Schnittdarstellungen eines Betätigungszylinders mit verschiedenen Kolbenstellungen.

Fig. ID zeigt den Betätigungszylinder der Fig. IA bis IC aufgeschnitten und perspektivisch.

F i g. 1E zeigt diagrammartig die Kolben verschiebung χ gegen die Kolbenstangenverschiebung y in linearem Maßstab aufgetragen.

F i g. 1F zeigt den Bewegungsablauf der Anlenkstellen und damit der Teile des Betätigungszylinders der F i g. IA bis IC während der Bewegung des Kolbens.

Fig.2A und 2B zeigen im Schnitt eine geänderte Ausführungsform des Betätigungszylinders.

Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Betätigungszylinders im Schnitt

Gemäß den Fig. IA bis ID ist innerhalb eines Zylinders 2 ein Kolben 1 axial verschiebbar angeordnet. Eine untere Endplatte 6 des Zylinders 2 stützt gleitbeweglich eine Kolbenstange 7 ab. Mit dem oberen Ende der Kolbenstange 7 ist der Hebel 17, in Form zweier Winkelhebel als Dreieckplatten ausgebildet, schwenkbeweglich verbunden, welcher wiederum über einen Hebel 16 mit dem Kolben 1 und über Hebel 18 in Form zweier paralleler Hebel mit der unteren Endplatte 6 in Verbindung stehen.

Der Hebel 16 ist über eine Anlenkstelle E mittig mit dem Kolben 1 und über eine Anlenkstelle D mit den parallelliegenden Winkelhebeln des Hebels 17 gekoppelt. Die Winkelhebel des Hebels 17 sind mit der Kolbenstange 7 über eine Anlenkstelle B — den Scheitelpunkt des als Winkelhebel ausgebildeten Hebels

17 — und mit den parallelliegenden Hebeln des Hebels

18 über eine Anlenkstelle A verbunden. Die Hebelteile

des Hebels 18 sind an der Endplatte 6 an einer Anlenkstelle C angelenkL Die Anlenkstelle C des Hebels 18 am Zylinder 2 ist die vom Kolben 1 am weitesten entfernte Anlenkstelle. Wenn der Kolben 1 srinen Arbeitshub ausführt, bewegt sich die Anlenkstelle Ein die Position £'. Dabei dreht sich der als Winkelhebel ausgebildete Hebel 17 in Uhrzeigersinn, so daß die Anlenkstelle Din die Position D'einer Bahn 19 folgt, die in F i g. F dargestellt ist. Die Anlenkstelle A bewegt sich zuerst nach links und dann nach rechts, und zwar entlang einer Bahn 20 in die Position A'. Dabei bewegt sich die Anlenkstelle B. das obere Ende der Kolbenstange 7, abwärts in die Position B'.

Es ist zu beachten, daß die Position Λ'eine Stellung bedeutet, bei der der Hebel 18, bestehend aus zwei Hebeln, sich nahezu quer zur Achse der Kolbenstange 7 bewegt. Würde er dies tun, so würde die Kolbenstange 7 natürlich durch eine überzentrierende Wirkung verriegelt. Es hat sich tatsächlich gezeigt, daß sich dann, wenn bei dem Betätigungszylinder der Winkel θ kleiner als 10° ist, die Kolbenstange 7 durch Reibung blockiert !wird, ungeachtet dessen, daß eine überzctrierende

^'Wirkung tatsächlich nicht stattfindet.

^: Es ist auch zu beachten, daß das obere Ende der Bahn 19 eine deutliche Abwärtswendung in Richtung auf einen nur wenig links von der Anlenkstelle D gelegenen Punkt ausführt. Um zu verhindern, daß der Betätigungszylinder in unerwünschter Weise dadurch blockiert wird, daß die Anlenkstelle D sich weiter nach links bewegt als es in F i g. 4F gezeigt ist, ist es erforderlich, einen Kolbenanschlag vorzusehen, um die Bewegung des Kolbens 1 zu begrenzen. Typischerweise dient als Kolbenanschlag eine Anschlagfläche an der unteren Endplatte 6 des Zylinders 2.

Fig.4E zeigt eine diagrammartige Darstellung der Kolbenverschiebung χ gegen die Kolbenstangenverschiebung/für drei verschiedene Längen des Hebels 18. Als Ursprungspunkt der graphischen Darstellung ist der Beginn des Arbeitshubes gewählt Wie zu erkennen ist, ergibt sich aus ailen drei Kurven, daß die Kolbenstange 7 sich während des ersten Teiles des Arbeitshubs des Kolbens 1 schneller als der Kolben 1 bewegt, jedoch am Ende des Arbeiishubs hin sich wesentlich langsamer bewegt als der Kolben 1 und daß so eine große Kraftverstärkung erzielt wird. Dies zeigt sich auch aus den Relaiivstellungen des Kolbens 1 und der Kolbenstange 7, wie sie in den Fig. IA bis IC zu ersehen sind. Es ist klar, daß das Verhältnis AC: AB je nach den verschiedenen Anwendungszwecken des Betätigungszylinders variiert werden kann. Die Kurve 3 stellt einen Spezialfall dar, bei dem die zweite Hälfte des Kolbenhubs keine Kolbenstangenbewegung bewirkt.

Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht eine Kraftverstärkung während des Arbeitshubs in der Weise, daß die Kraftverstärkung nahe dem Ende des Arbeitshubs, wenn der Kolben 1 sich dem unteren Ende des Zylinders 2 nähert, groß ist, während die Kraftverstärkung während des ersten Abschnitts des Arbeiishubs klein und sogar 1 ist. Ein derartiger Betätigungszylinder läßt sich beispielsweise bei einem Stempel verwenden, bei dem der Angang des Arbeitshubs lediglich dazu dient. schnell überbrückbare Distanz zu schaffen, wodurch es ermöglicht wird, etwa Werkstücke in ein Gesenk einzuführen bzw. herauszuführen.

Bei der Ausführungsform der F; g. 2A und 23 ist der Hebel 18 mit seinen beiden parallelen Hebeln von den

i" Winkelhebeln des Hebels 17 befreit, so daß während des größten Teils des Kolbenhubs keine Kraftverstärkung stattfindet. Die Winkelhebel des Hebels 17 ruhen auf Schultern als begrenzenden Anschlag 23. die an der Kolbenstange 7 ausgebildet sind. Eine Zugfeder 21 dient dazu, die Hebel des Hebels 16 und die Winkelhebel des Hebels 17 korrekt zum Wiederineingriffbringen der Anlenkstelle A im ausgeklinkten Zustand zu positionieren. Lediglich zum Ende des Arbeitshubs hin kommen zur Außenseite hin offene Ausnehmungen 24 in den Winkelhebeln des Hebels 17 mit einem Stift in Eingriff, der durch die oberen Enden der Hebel des Hebels 18 getragen wird. Nachdem das Einklinken stattgefunden hat, ist der restliche Teil des Arbeitshubs identisch mit den Verhältnissen, wie sie in Verbindung mit den F i g. 1E und 1F beschrieben wurden. Wenn der Kolben 1 zurückgezogen wird, kehrt die Hebeleinrichtung zurück, bis die Ausnehmungen 24 und der Stift der parallelen Hebel des Hebels 18 außer Eingriff kommen. Dann sorgt eine Feder 22 dafür, daß der Stift durch den Hebel 18 mit der Kolbenstange 7 in Kontakt gehalten wird, um während des nächsten Arbeitshubs des Kolbens 1 wieder in Eingriff zu kommen.

Die Stabilität des Kolbens 1 kann in der Praxis entweder durch einen Kolbenschurz oder durch das

i^r> Zusammenkoppeln zweier Kolben verbessert werden.

Anstelle der dargestellten Ausnehmungen 24 können

in den Winkelhebeln des Hebels 17 langgestreckte Schlitze vorgesehen sein.

In Fig.3 ist das innere Ende der Kolbenstange 7 vergrößert, um einen Lagerzapfen 25 mit großem Durchmesser aufnehmen zu können (Anlenkstelle B). Der Lagerzapfen 25 trägt exzentrisch einen kleineren Zapfen, den Stift 26, der als Anlenkstelle A für die oberen Enden des Hebels 18 dient. Der Lagerzapfen 25 mit größerem Durchmesser ist starr mit zwei parallelen Winkelhebeln des Hebels 17 verbunden. Die Winkelhebel des Hebels 17 wiederum sind schwenkbeweglich mit dem Hebel 16 (Anlenkstelle D) gekoppelt. Wegen der sehr kleinen Versetzung des Zentrums des Zapfens, gebildet durch den Stift 26, vorn Zentrum des Zapfens 25 ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine besonders große Kraftverstärkung gewährleistet. Die parallelen Hebel des Hebels 18 sind mit der unteren Endplatte 6 des Zylinders 2 an einem Punkt verbunden, der relativ zur Kolbenstange 7 versetzt ist. Hierdurch ist es möglich, einen einzigen, durchgehenden Zapfen an dieser Anlenkstelle Czu verwenden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

! Patentansprüche:

1. Betätigungszylinder mit Kraftverstärkung, der einen Kolben und eine Kolbenstange aufweist, die über eine Hebeleinrichtung miteinander verbunden ί und relativ zueinander in dem Zylinder axial beweglich sind, wobei die Hebeleinrichtung einen ersten, am Kolben angelenkten Hebel sowie einen zweiten, an der Kolbenstange angelenkten Hebel umfaßt und mit einem am Zylinder angelenkten iu dritten Hebel zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hebel (17) ein Winkelhebel ist, an dessen beiden Schenkelenden die beiden Anlenkstellen (A und D) für den ersten und den dritten Hebel (16, 18) sind, während der Scheitelpunkt des zweiten Hebels (17) dessen Anlenkstelle (B) an der Kolbenstange (7) bildet, daß der erste Htbel (16) mittig am Kolben (1) angelenkt ist und die Anlenkstelle (C) des dritten Hebels (18) am Zylinder (2) die vom Kolben (1) am weitesten entfernte Anlenkstelle ist.

2. Betätigungszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlenkstelle (A) am zweiten Hebel (17) durch eine zur Hebelaußenseite hin offenen Ausnehmung (24) gebildet und zum Wiederineingriffbringen der Anlenkstelle (A) im ausgeklinkten Zustand zwischen dem zweiten und dritten Hebel (17, 18), der zweite Hebel (17) an einem seine Verdrehung begrenzenden Anschlag (23) der Kolbenstange (7) gedruckt und der dritte so Hebel (18) seine Verdrehung begrenzend gegen die Kolbenstange (7) federvorgespannt ist.

3. Betätigungszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlenkstellen (A und B) gebildet sind durch einen Lagerzapfen (25), der um die Anlenkstelle (B) dreht und einen exzentrisch dazu angeordneten Stift (26) als Anlenkstelle (A) trägt.

4. Betätigungszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Anlenkstelle (C)des dritten Hebels (i8) durch die Achse der Kolbenstange (7) verläuft.

5. Betätigungszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des Arbeitshubs die Anlenkstellen (A und C) am dritten Hebel in bezug auf die Kolbenstangenachse sich auf gegenüberliegenden Seiten befinden.