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Druckmittelantrieb Die Erfindung betrifft einen Druckmittelantrieb,
in dessen Arbeitsgehäuse ein durch ein Fluid beaufschlagbares Arbeitsglied verstellbar
ist, das bei seiner Verstellbewegung gegen eine dichtende elastische Auskleidung
des Arbeitsgehäuses anliegt. In der deutschen Offenlegungsschrift 23 37 910 ist
eine mit einem Fluid beaufschlagbare Kolben-Zylindereinheit offenbart, bei der die
Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder dergestalt verwirklicht ist, daß
der Zylinder mit einem elastischen Futter ausgekleidet ist, während der Kolben kein
Dichtungsmittel aufweist, sondern unmittelbar mit seinem Umfangsrand dichtend gegen
die Auskleidung anliegt. Das Futter besteht aus einem Kunststoffmantel mit flexiblen,
radial nach außen vorstehenden und axial verlaufenden Stützrippen, die sich unter
elastischer Umbiegung innen am Zylinder abstützen.
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Obwohl das elastische Futter aus einem Kunststoff besteht, mit dem
die gesamte Zylinderinnenwandung ausgleidet ist, ist bei der vorerwähnten Einheit
eine beträchtliche und regelmäßig durchzuführende Wartung hinsichtlich der Schmierung
zwischen Kolben und Zylinder erforderlich, um einen vorzeitigen Ausfall der Einheit
infolge Verschleißes durch Trockenlauf des Kolbens zu vermeiden. Da in pneumatischen
Schaltkreisen als Schmierstoff oft Öle verwendet werden, die dem gasförmigen Fluid
zwecks Schmierung der Einheiten mittels Nebelöler oder dergleichen zugesetzt werden,
sind bei
Verwendung der bekannten Einheiten als zusätzlicher Aufwand
eben diese Öler und eine beträchtliche Menge an Schmieröl erforderlich.
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Weiterhin wird zum einen deswegen keine ausreichende Schmierung erzielt,
weil in der Praxis aus Nachlässigkeit ofLunsachgemäß Schmiermittel verwendet werden,
und zum anderen wird bei Verwendung von Ölern, insbesondere Nebelölern, eine ausreichende
Schmierung von bei pneumatischen Kreisen angewendeten Druckmittelantrieben deswegen
nicht erzielt, weil der Ölnebel in dem Fluid wegen der meist hohen Arbeitsgeschwindigkeit
des Fluids an der freien Seite der Innenauskleidung des Antriebs abprallt, so daß
eine SChmierung nicht zustandekommt. Bei dem elastischen. Futter ist ferner nachteilig,
daß für dessen Herstellung ein entsprechend profiliertes Ausgangsmaterial erforderlich
ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung eines einfach
aufgebauten und billig herstellbaren Druckmittelantriebes der eingangs genannten
Art, bei dem bei sicherer Abdichtung der aneinandetreibenden Teile gegeneinander
eine ausreichende Schmierung dieser Teile gewährleistet und praktisch Wartungsfreiheit
gegeben ist. Weiterhin sollen die Notlaufeigenschaften des Antriebs verbessert und
eine längere Lebensdauer desselben erzielt werden.
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Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß bei dem einleitend angeführten
Druckmittelantrieb die Auskleidung aus geschlossenzelligem Material besteht und
daß die radiale Erstreckung des Arbeitsgliedes größer ist als der zugerhörige lichte
Abstand zwischen den sich gegenüberliegenden Auskleidungsbereichen. Vorteilhaft
sind auf der Arbeitsfläche der Auskleidung porenartige Ausnehmungen zur Aufnahme
von
Schmiermitteln zwecks Ausbildung von Schmierstoffdepots vorgesehen, wobei nach einem
weiteren Merkmal die Arbeitsfläche durch einen Schnitt durch geschlossenzelliges
Auskleidungsmaterial hergestellt ist.
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Mit dieser Lösung ist ein Druckmittelantrieb mit billig herstellbarer
elastischer Auskleindung von einfachem Aufbau und langer Lebensdauer geschaffen,
wobei die Auskleidung praktisch wartungsfrei ist, da das in den porenartigen Ausnehmungen
befindliche Schmiermittel ausreicht, für die gesamte Lebensdauer des Antriebs als
Schmierstoffdepot wirksam zu sein. Für die Herstellung der Auskleidung ist kein
besonders profiliertes Ausgangsmaterial erforderlich, sondern es kam ein auch für
beliebig andere Zwecke verwendbares elas,tisches geschlossenzelliges Material als
Ausgangsmaterial verwendet werden, z.B. Polyurethan. Aus diesem Material brauchen
dann lediglich nur noch die entsprechenden Zuschnitte hergestellt zu werden. Bei
Verwendung eines solchen Materials ist unter Beibehaltung einer sicheren Abdichtung
zwischen Kolben und Auskleidung, indem der Kolben oder dergleichen mit seinem Umfangsrand
in die Auskleidung ein gewisses, für die Abdichtung ausreichendes Maß eindringt,
und eines minimalen Verschleißes die Möglichkeit gegeben, den Druckmittelantrieb
mit einer einmaligen Schmierung der Auskleidung bei seinem Zusammenbau während seiner
gesamten Lebensdauer zu betreiben. Vorzugsweise werden Druckmittelantriebe der eingangs
genannten Art als Steuerorgane in Fluidik-Schaltkreisen eingesetzt, und je nach
ihrer Schalthäufigkeit bzw.
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der Anzahl ihrer Betätigungen und ihrer Arbeitsgeschwindigkeit
werden
erhöhte Anforderungen an die Notlaufeigenschaften gestellt.
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Sehr gute Notlauf eigenschaften werden beim vorgenannten Druckmittelantrieb
dadurch erzielt, daß die mittels des erwähnten Schnittes durch die Arbeitsfläche
der Auskleidung aufgeschnittenen Zellen der ansonsten geschlossenzelligen Auskleidung
mit Schmierfett aufgefüllt werden, so daß dadurch die erwähnten Schmierstoffdepots
entstehen. Durch die erläuterte Ausbildung des Druckmittelantriebes ist ferner seine
Lebensdauer erhöht und/oder er kann bei vergleichsweise gleicher Lebensdauer häufiger
geschaltet bzw, betätigt werden.
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Ferner fallen die erwähnten Nebelöler in pneumatischen Fluidig-Kreisen
fort. Die Erfindung ist an zwei in der anliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel im Axialschnitt,
Figur 2 einen vergrößerten Teilschnitt aus Figur 1, Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel
im Axialschnitt, Figur 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Figur 3.
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Die Figuren 1 bis 4 zeigen zwei Druckmittelantriebe eines Typs, bei
dem das Dichtungsmaterial zur Abdichtung2git dem dem Druckmittel bzw. Fluid beaufschlagbaren
Arbeitsräume des Antriebs nicht an dessen
Arbeitsglied, sondern
an dessen Arbeitsgehäuse befestigt ist. Obwohl in den Figuren 1 und 2 ein Antrieb
mit translatorischer Bewegung des Arbeitsgliedes dargestellt ist, kommt auch ein
Antrieb mit einer anderen Bewegung des Arbeitsgliedes in Betracht, z.B. ein Antrieb
mit einer Schwenkbewegung des Arbeitsgliedes, wie er in den Figuren 3 und 4 gezeigt
ist.
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Das Arbeitsgehäuse des Antriebs nach Figur 1 besteht aus einem beidendig
in üblicher Weise mit Enddeckeln 1 und 2 verschlossenen Zylinder 3, in dem als Arbeitsglied
ein axial beweglicher Kolben 4 mit einer Kolbenstange 5 vorgesehen ist, die aus
dem einen Enddeckel 1 heraustritt und mit einer zu steuernden Einrichtung verbunden
ist.
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In dem anderen Enddeckel 2 ist ein Durchgang 6 für den Anschluß einer
Druckfluidleitung vorgesehen. Im Innern ist der Zylinder 3mit einer elastischen
Auskleindung 7 versehen, die nach einem erfindungsgemäßen Merkmal aus geschlossenzelligem
Material besteht, z.B. aus Polyurethan. Sie weist sowohl auf ihrer gesamten Länge
als auch in Richtung des Zylinderumfangs eine gleichmäßige Dicke auf.
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Nach einem weiteren Merkmal ist der Durchmesser des Kolbens 4 größer
als der lichte Innendurchmesser der Auskleidung 7, wenn diese nicht mit dem Kolben
in Eingriff steht. Das bedeutet, daß die elastische Auskleidung an der Eingriffsstelle
mit dem Kolben entlang dem gesamten Kolbenumfang teilweise elastisch deformiert
wird. Diese elastische Deformierung muß so sein, daß eine sichere Abdichtung zwischen
dem Kolben und der Auskleidung zustande kommt. Daraus folgt, daß der Durchmesser
des Kolbens und der Innendurchmesser der gerade
nicht in Eingriff
stehenden Auskleidung in Abhängigkeit von der für den jeweils fraglichen Verwendungszweck
angestrebten Abdichtung zwischen diesen beiden Teilen, von der Elastizität und dem
Reibungskoeffizient der verwendeten Auskleidung abgestimmt werden muß, was durch
einfache Versuche ermittelt werden kann. Dabei wird die Dicke der Auskleidung so
gewählt, daß sich im wesentlichen nur diejenige Zone der Auskleidung elastisch verformt,
welche direkten Kontakt mit dem Kolbenumfang hat. Die radial weiter zurückliegende
Zone verformt sich nur schwach. Diese Tatsache kann am besten aus Figur 2 entnommen
werden, in welcher die Eindringtiefe des Kolbenumfangs 4a in die Auskleidung 7 mit
T und die Dicke der Auskleidung mit D bezeichnet sind. Praktikable Verhältnisse
von T zu D liegen im Bereich von etwa 1 : 3 bis 1 : 6, wobei sich ein Verhältnis
von etwa 1 : 4,5 als sehr günstig erwiesen hat. Nach Verschiebung des Kolbens 4
geht die verformte Zone selbstverständlich wieder in ihren Ursprungszustand zurück.
Zwecks weiterer Verminderung des Verschleißes und weiterer Herabsetzung der Reibung
ist der mit der Auskleidung 7 in Eingriff kommende Kolbenumfang4a bzw. sein entsprechender
Flächenanteil verschleißfest ausgebildet, z.B. durch Vorsehen einer Auflage aus
verschleißfestem Material, und ferner weist der fragliche Kolbenumfang eine hohe
Oberflächenqulität auf, wie sie durch feinste Oberflächenbearbeitung in bekannter
Weise erzielbar ist.
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Der mit der elasti'schen Auskleidung 7 des Zylinders 3 in Eingriff
kommende Kolbenumfang 4a ist vorzugsweise im Profilquerschnitt zwecks guten Gleitens
halbkreisförmig ausgebildet. Es können aber auch umlaufende Fasen an den Kolbenrändern
vorgesehen sein. Im übrigen kann der Kolben 4 eine Form aufweisen, wie sie aus Figur
1 hervorgeht.
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Ein derartig aufgebauter Druckmittelantrieb erreicht neben den anderen
angeführten Vorteilen eine lange Lebensdauer und ist praktisch wartungsfrei, wenn
er bei seinem Zusammenbau mit einem geeigneten Schmierfett versehen wird. In Sonderfällen
ist es auch möglich, gänzlich ohne Schmierung auszukommen, z.B. bei Anwendungsfällen
mit geringer Betätigungsquote des Druckmittelantriebs.
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Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist die Arbeitsfläche
8 der Auskleidung 7, d.h., die mit dem Kolben 4 in Kontakt kommende Fläche der elastischen
Auskleidung, offenporig ausgebildet.
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Dies kann dadurch geschehen, daß ein Schnitt durch das geschlossenzellige
elastische Auskleidungsmaterial geführt wird, wodurch offene Poren entstehen. Die
so entstandenen Poren werden bei der Zusammensetzung des Druckmittelantriebes nur
einmal mit Schmierfett gefüllt und bilden auf diese Weise Schmierstoffdepots, die
ohne weitere Wartung hinsichtlich der Schmierung während der gesamten Lebensdauer
des Antriebs eine absolut sichere Schmierung gewährleisten und darüber hinaus die
Lebensdauer des Antriebs beträchtlich verlängern.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann auch so vorgegangen
werden, daß die elastische Auskleidung 7 nicht aus einem geschlossenzelligen Material
besteht, sondern aus einem Material, das in irgendeiner anderen Weise elastisch
nagebend ist, bei dem aber auf der Arbeitsfläche 8 porenartige Ausnehmungen zur
Aufnahme von Schmiermittel ausgebildet sind, so daß Schmierstoffdepots gebildet
sind. Auch diese Ausbildung soll vom Schutz erfaßt sein.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel in Form eines Schwenkflügelantriebes
zeigen die Figuren 3 und 4. Hier ist das Arbeitsglied ein Schwenkflügel 9, der in
einem Arbeitsgehäuse 10 mittels Lagerzapfen 11 um die Schwenkachse 12 verschwenkbar
gelgert ist. Eine elastische Auskleidung 13 ist allseitig im Gehäuseinneren befestigt.
Das Arbeitsglied 9 wird wechselseitig mit dem Fluid beaufschlagt, welches durch
die Anschlüsse 14 und 15 geleitet wird, und die Schwenkbewegungen des Flügels bzw.
des Arbeitsgliedes 9 werden in Drehbewegungen der Zapfen 11 umgewandelt und an eine
zu verstellende Einrichtung weitergeleitet.
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Die gestrichelte Linie 16 in Figur 3 stellt die nicht in Eingriff
befindliche Arbeitsfläche 8 der Auskleidung 7 dar. Alle anderen Merkmale der Erfindung,
wie sie in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 beschrieben
sind, gelten entsprechend auch bei diesem Ausführungsbeispiel.
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Druckmittelantriebe der vorstehend erläuterten Art können u.a. vorteilhaft
angewendet werden bei der Verstellung von Weichen in Transportanlagen und von Trichterklappen
bei Befüllungsvorrichtungen, bei der Betätigung der Granulateinlaufeinrichtung bei
Spritzgußmaschinen für Kunststoff, der Dosierungseinrichtung von automatischen Abfüllwaagen
usw.