DE2315169B2 - Pneumatischer zylinder mit einer endhub-kraftuebersetzung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Zylinder mit einer Endhub-Kraftübersetzung, bestehend aus einer rohrförmigen, von einer axialen Stützstange geführten Kolbenstange, welche von einem durch das Druckmittel antreibbaren Antriebskolben bis zum Anschlag gegen ein Arbeitsgerät bewegbar ist, sowie aus einer vom Druckmittel beaufschlagbaren K raftübersctzungsvorrichtung mit einer konischen Ausnehmung, welche bei ihrer axialen Verschiebung Kugeln zwischen das in die Ausnehmung eingreifende Ende der Kolbenstange und eine an der Stützstange verriegelbare, mit einem kegelförmigen Ende versehene Stützhülse drückt.

Zur Umwandlung eines pneumatischen Steuerdrucks in eine mechanische Kraft finden in der Regel Druckübersetzer Verwendung, welche den pneumatischen Druck in einen entsprechend großen hydraulischen Druck übersetzen, der dann auf einen Arbeitszylinder od. dgl. einwirkt. Bei dieser Ausführung sind also immer ein Druckübersetzer und ein Arbeitszylinder erforderlich. Nachteilig wirkt sich nicht nur der erhöhte Platzbedarf aus, sondern auch die mit dem hydraulischen System verbundenen Probleme z. B. hinsichtlich Undichtigkeit Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist bereits ein gemäß dem Gattungsbegriff ausgebildeter pneumatischer Zylinder mit einer Endhub-Kraftübersetzung bekannt geworden, bei dem zunächst ein von der Druckluft beaufschlagter Hauptkolben über ein Luftpolste.-einen zweiten Kolben verschiebt, bis dessen nach außen geführte Kolbenstange gegen ein Werkstück anschlägt. Zur Erzielung eines erhöhten Anpreßdruckes wird der Hauptkolben unter Verdichtung des Luftpolsteis weiter in den zweiten Kolben gedruckt, bis eine Dichtungsschulter durchfahren ist. Beim weiteren Vortrieb des Hauptkolbens wird ein Kippriegel freigegeben, der in Rasten einer Führungsstange einfällt und ein Widerlager bildet, an dem sich eine Zwischenhülse abstützt. Gleichzeitig erfolgt die Kraftübersetzung durch radiales Eindrücken der Kugeln zwischen die Zwischenhülse und das innere Ende der Kolbenstange. Bei dieser Ausführung wird es als nachteilig angeschen, daß die Rastelemente von Kippriegel und Führungsstange einem großen Verschleiß ausgesetzt sind. Es ist nur eine stufenweise Arretierung möglich, und der Zylinder läßt sich praktisch nur in einer horizontalen Lage benutzen, um ein durch die Schwerkraft erfolgendes Einrasten des Kippriegels zu gewährleisten. Im Falle eines frühzeitigen Verschleißes der Dichtung ζ vischen Hauptkolben und dem zweiten Kolben ist der Zylinder sogar funktionsunfähig.

Es liegt die Aufgabe vor, beim eingangs umrissenen pneumatischen Zylinder die baulichen Mittel für die Verriegelung des Antriebskolbens einerseits und die Einrichtung für die Endhub-Kraftübersctzung andererseits einfacher auszuführen, wobei auch die funktionsbedingte Verknüpfung dieser Mittel und der genannten Einrichtung von besonders einfachem Aufbau sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Anlriebskolben zu seiner Verriegelung mit der Stützstange mit einem auf dieselbe einwirkenden Kugelsperrwerk versehen ist, der Übersetzungskolben der Kraftübersetzungsvorrichtung im Anschluß an den Anstellhub über im Antriebskolben angeordnete Längsbohrungen beaufschlagt wird und die Stützhülse, die am Antriebskolben angeformt ist, mit ihrem kegelförmigen Ende in die konische Ausnehmung des Übersetzungskolbens eingreift.

Diese Ausführung hat den Vorteil, daß die Verriegehing des Antriebskolbens in allen Lagen des Zylinders wirksam ist und die hierfür vorgesehenen Mittel weniger verschleißanfällig sind, als im geschilderten bekannten Fall. Außerdem wird in vorteilhafter Weise eine stufenlose Verriegelung des Antriebskolbens erreicht, so daß der Krafthub in jeder beliebigen Lage des Gesamthubes einsetzen kann. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Kolbenstange auch bei Druckabfall in der vorbestimmten Lage selbsthaltend

bleibt Die Übersetzungskraft und der Krafthub sind in relativ weitern Bereich und unabhängig voneinander variabel. Insbesondere besteht auch dit Möglichkeit, aufeinanderfolgend mehrere Krafthübe auszuüben, wobei ein jeweils folgender Krafthub jeweils dort neu ansetzt, wo ein vorhergehender geendet hat.

Bei Einwirkung des Druckmittels auf den Ant iebskolbens wird die Kolbenstange zunächst bis zum Anschlag g^gen ein Arbeitsgerät bewegt. Dabei wird einerseits der Übersetzungskolben mitgenommen und andererseits die Kolbenstange vorgedruckt. Sobald die Kolbenstange gegen das Arbeitsgerät anschlägt, wirkt das Druckmittel auf den Übersetzungskolben ein, während der Antriebskolben nicht weiter nach vorn bewegt werden kann. Die konische Fläche der Ausnehmung im Übersetzungskolben drückt nun die Kugeln zwischen das innere Ende der Kolbenstange und das kegelförmige Ende der dem Antriebskolben zugeordneten Stützhülse radial nach innen. Hierdurch wird die Kolbenstange mit einem entsprechenden Übersetzungsverhältnis beaufschlagt, deren Größe durch die konische Neigung der Ausnehmung im Übersetzungskolben in Verbindung mit dem kegelförmigen Ende der dem Antriebskolben zugeordneten Stützhülse bestimmt ist.

Zur Bildung des Kugelsperrwerkes ist es zweckmäßig, den Antriebskolben mit einer ringförmigen, die Stützwelle umgebenden Ausnehmung zu versehen, deren Mantelfläche in Richtung zur Kolbenstange konisch verjüngt ist und in welcher die Sperrkugeln angeordnet sind. Bei Beginn des Spannhubes ist somit der Antriebskolben gegen ein Zurückdrücken sicher versperrt und erhält eine feste Lagerung gegenüber der zentrischen Stützstange, so daß auch das kegelförmige Ende der Stützhülse ein ortsfestes Lager für die Kugeln bildet, welche von der konischen Fläche der inneren Ausnehmung im Überselzungskolben nach innen gedrückt werden und hierbei die Kolbenstange nach vorn drücken.

Vor7,ugsweise ist die Stütz.hülse des Antriebskolbens an ihrem Ende mit einem flanschartigen Ansatz versehen, der auf seiner zur Kolbenstange gerichteten Seite mit einer kegelförmigen Fläche versehen ist und auf der anderen Seite von einer Druckfeder beaufschlagt wird, die mit ihrem anderen Ende am Übersetzungskolben abgestützt ist. Diese Ausbildung begrenzt nicht nur die Vorwärtsbewegung der Kolbenstange, sondern bildet gleichzeitig auch eine günstige Druckfläche für die radial nach innen gedrückten Kugeln. Hierdurch wird eine besonder' günstige Kraftübertragung erzielt. Die Druckfeder hat den Vorteil, daß im unbelasteten Zustand und während des Anstcllhubcs der Übersetzungskolben immer gegen den Antriebskolben zurückgedrückt wird. Der Spannhub hingegen setzt erst ein, wenn nach dem Anschlagen der Kolbenstange gegen ein Arbeitsgerät der Druck auf den Übersctzungskolben über die Längsbohrungen im Antriebskolben so groß geworden ist, daß die Federkraft überwunden ist.

Weiterhin ist vorgesehen, daß das in den Übcrsctzungskolben ragende Ende der Kolbenstange mit einem Flansch versehen ist, welcher die die konische Ausnehmung des Übersetzungskolbens begrenzende vordere Wandung hintergreift und eine radiale Lagerfläche für die Kugeln der Kraflübersetzungsvorrichtung bildet.

Vorzugsweise ist die Kolbenstange auf der Stützstange gegen Verdrehung gesichert, jedoch axial verschiebbar gelagert, so daß keine Drehmomente auf die beiden Kolben übertragen werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 einen mittleren Längsschnitt durch einen pneumatischen Zylinder in der Ausgangsstellung,

F i g. 2 den Gegenstand der F i g. 1 am Ende des Anstellhubes,

F i g. 3 den Gegenstand der F i g. 1 während des Spannhubesund

Fig.4 einen Ausschnitt der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.

Wie F i g. 1 zeigt, sind in der Zylinderkammer 2 eines Zylinders 1 ein Antriebskolben 3 und ein Übersetzungskolben 4 angeordnet. Am Antriebskolben 3 ist ein rückwärtiger Kolbenansatz 5 vorgesehen, der in eine Ausnehmung 6 an der rückwärtigen Stirnwand des Zylinders eingreift. Am Zylinder 1 ist außerdem noch eine zentrische Stützs'.angc 7 befestigt, welche die ganze Zylinderkammer 2 durchragt. Das Druckmittel, beispielsweise Druckluft von 5 bis 10 bar, wird über eine Antriebsleitung 8 und über ein Rückschlagventil 9 auf den Antriebskolben 3 gelenkt. Außerdem ist noch eine f'arallelleitung vorgesehen, in welche ein Drosselventil 10 eingebaut ist. Auf der anderen Seite des Zylinders ist eine Rückleitung 11 vorgesehen, welche zwecks Rückführung der Kolben in die rechte Endstellung beaufschlagt wird.

Der Antriebskolben 3 ist mit einer Stützhülse 12 \ ersehen, die in Richtung zu einer Kolbenstange 16 gerichtet ist. Diese Stützhülse 12 besitzt an ihrem Ende einen flanschartigen Ansatz 13, der mit einer kegelförnigen Fläche 14 versehen ist. Weiterhin sind in dem Antriebskolben 3 iängsbohrungen 21 angeordnet. Im mittleren Bereich des Antriebskolbens 3 ist eine ringförmige Ausnehmung 19 vorhanden, welche um die Stützslange 7 herum liegt. Die Mantelfläche dieser Ausnehmung ist in Richtung zur Kolbenstange hin tonisch verjüngt. Innerhalb der Ausnehmung 19 sind Sperrkugeln 20 angeordnet. Der Antricbskolben 3 ist in seiner Gesamtheit auf der Stützstange 7 axial \ erschiebbar.

Der Übersetzungskolben 4 ist vor dem Antricbskolben 3 in der Zylinderkammer 2 angeordnet. Sein Durchmesser entspricht ebenso wie der des Antriebskolbcns dem der Zylinderkammer 2. Dieser I Ibcrset-/ungskolben 4 besitzt in seinem Inneren eine konische Ausnehmung 15, wobei die Wandung dieser Ausnehmung 15 zum Antriebskolben 3 hin verjüngt ist. In diese Ausnehmung 15 ragt einerseits die Stützhülse 12 des Antriebskolbens 3 und andererseits das rückwärtige linde der Kolbenstange 16 hinein. Dabei ist an dem lückwärtigen Ende der Kolbenstange 16 ein Flansch 17 i.ngeordnet. Zwischen diesem Flansch 17 und dem flanschariigen Ansatz 13 der Stütz.hülse 12 ist ein lingförmiger Raum vorhanden, in dem Kugeln 18 i.ngeordnet sind. Außerdem ist auf der Rückfläche des llanschartigen Ansatzes 13 noch eine Druckfeder 23 '■orgesehen, welche sich in Richtung zum Antriebskolben 3 hin am Übersetzungskolben 4 abstützt. Im Bereich der Bohrungen 21 sind an der Druckfläche des I jbersetzuiigskülbens 4 Flachdichtungen 24 angeordnet.

Die Kolbenstange 16 ist auf der Stützstange 7 gegen Verdrehung gesichert, jedoch axial verschiebbar gelauert. Hierfür besitzt die Kolbenstange "16 eine Längsnut :!9, in welche eine an der Stützstange 7 angebrachte Nase 30 oder Feder eingreift (vgl. Fig. I).

Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen pneumatischen Zylinders mit einer Endhub-Kraftübersetzung ist folgende:

Sobald der Zylinder 1 mit einem auf die Antriebsleitung 8 einwirkenden Steuerdruck beaufschlagt wird, wird der Antriebskolben 3 in Richtung auf ein Arbeitsgerät 22 bewegt. Dabei nimmt der Antriebskolben 3 den Übersetzungskolben 4 mit. Gleichzeitig drückt aber auch der Antricbskolben 3 mittels seiner Stiit/hiilsc 12 über die Kugeln 18 auf den Flansch 17 der Kolbenstange 16, die dadurch ebenfalls mit vorwärts gedrückt wird. Dieser Anstcllhub erfolgt so lange, bis das vordere Ende der Kolbenstange 16 gegen das Arbeitsgerät 22 stößt.

Der Spannhub wird durch das Anschlagen der Kolbenstangc 16 gegen das Arbeitsgerät 22 eingeleitet. Durch diesen Anschlag ist der Antriebskolben 3 gegen eine weitere Vorwärtsbewegung gesperrt. Das Druckmittel wirkt nunmehr über die l.ängsbohrungen 21 im Antricbskolben 3 auf den übcrsctzungskolben 4 ein. Sobald die Kraft der Druckfeder 23 überwunden ist, wird der Übcrsctzungskolhcn 4 vom Druckmittel in Richtung auf das Arbeitsgerät 22 gedrückt. Dadurch werden gleichzeitig die Kugeln 18 innerhalb der konischen Ausnehmung 15 nach innen geführt, wobei die Neigung der konischen Fläche und der kcgelförmi gen Fläche 14 am Ansatz 13 der Stüt/hülsc 12 für eine entsprechende Kraftübertragung auf den Flansch 17 der Kolbenstange 16 Sorge tragen. Eine Rückwärtsbewegung des Antriebskolbens 3 wird dadurch verhindert.

daß sich die Spcrrkugcln 20 in Verbindung mit der Schrägfläche der ringförmigen Ausnehmung 19 gegen die Stüt/.stangc 7 pressen und hierdurch den Antriebskolben 3 auf der Stützstangc 7 arretieren. Auf diese Art und Weise bildet der Antricbskolben 3 eine mit der Stüt/.siangc 7 fest verbundene Lagcrcinheit für die Kugeln 18, welche bei ihrem Einwärtsdrücken die Kolbenstange 16 mit einer entsprechenden Kraftübcrsclzung in Richtung auf das Arbeitsgerät 22 drücken.

ίο Die Spannkraft bleibt durch die vorgenannte Arretierung auch dann im wesentlichen erhalten, wenn der über die Antriebsleitung 8 einwirkende Druck abgebaut wird.

Sollen der Antriebskolbcn 3 und der Überselzungskolben 4 in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt werden, so wird das Druckmittel umgesteuert, so daß es über die Rückleitung 11 auf die vordere Fläche des Übersetzungskolbens 4 einwirkt. Hierbei legt sich der Übcrsetzungskolben 4 zunächst gegen den Antriebskolben 3 an, wobei dieser selbsttätig entsperrt wird. Das geschieht mit Hilfe kleiner Druckstifte 25, die in Bohrungen des Antricbskolbens 3 axial verschiebbar gelagert sind, mit ihrem einen Ende gegen eine Druckscheibe 26 anliegen und mit ihrem anderen Ende über die Stirnfläche des Antriebskolbens vorstehen (vgl. F i g. 4). Außerdem werden die Sperrkugeln 20 auf ihrer gegenüberliegenden Seite über eine Druckscheibe 27 von mehreren Druckfedern 28 beaufschlagt, welche diese Sperrkugeln in ihre Sperrlage drücken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Pneumatischer Zylinder mit einer Endhub-Kraftübersetzung, bestehend aus einer rohrförmigen, von einer axialen Stützstange geführten Kolbenstange, weiche von einem durch das Druckmitte! antreibbaren Antriebskolben bis zum Anschlag gegen ein Arbeitsgerät bewegbar ist, sowie aus einer vom Druckmittel beaufschlagbaren Kraftübersetzungsvorrichtung mit einer konischen Ausnehmung, welche bei ihrer axialen Verschiebung Kugeln zwischen das in die Ausnehmung eingreifende Ende der Kolbenstange und eine an der Siützstange verriegelbare, mit einem kegelförmigen Ende versehene Stützhülse drückt, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebskolben (3) zu seiner Verriegelung mit der Stützstange (7) mit einem auf dieselbe einwirkenden Kugelsperrwerk versehen ist, der Übersetzungskolben (4) der Kraftübersetzungsvorrichtung im Anschluß an den Anstellhub über im Antriebskolben angeordnete Längsbohrungen (21) beaufschlagt wird und die Stützhülse (12). die am Antriebskolben angeformt ist, mit ihrem kegelförmigen Ende in die konische Ausnehmung (15) des Übersetzungskolbens eingreift.

2. Pneumatischer Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Kugelsperrwerkes der Antriebskolben (3) mit einer ringförmigen, die Stützwelle (7) umgebenden Ausnehmung (19) versehen ist, deren Mantelfläche in Richtung zur Kolbenstange konisch verjüngt ist und in welcher die Sperrkugeln (20) angeordnet sind.

3. Pneumatischer Zylinder nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützhülse (12) des Antriebskolbens (3) an ihrem Ende mit einem l'lanschartigen Ansatz (13) versehen ist, der auf seiner zur Kolbenstange (16) gerichteten Seite mit einer kegelförmigen Fläche (14) versehen ist und auf der anderen Seile von einer Druckfeder (23) beaufschlagt wird, die mit ihrem anderen Ende am Übersetzungskolben (4) abgestützt ist.

4. Pneumatischer Zylinder nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Übersetzungskolben (4) ragende Ende der Kolbenslange (16) mit einem Flansch (17) versehen ist, welche die die konische Ausnehmung (15) des Übcrsetzungskolbens begrenzende vordere Wandung hintergreift und eine radiale Lagerfläche für die Kugeln (18) der Kraftübersetzungsvorrichtung bildet.

5. Pneumatischer Zylinder nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (16) auf der Stützstange (7) gegen Verdrehung gesichert, jedoch axial verschiebbar gelagert ist.