DE2608441A1

DE2608441A1 - Kolben-zylindereinheit

Info

Publication number: DE2608441A1
Application number: DE19762608441
Authority: DE
Inventors: Bernard Joseph Wallis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-03-19
Filing date: 1976-03-01
Publication date: 1976-10-07
Also published as: CA1022476A; FR2304835A1; JPS51117278A; DE2608441B2; GB1542685A; FR2304835B1; JPS567534B2; IT1053954B; US4005763A; DE2608441C3; BR7601467A

Description

Kolben-Zylindereinheit

Die Erfindung bezieht sich auf eine strömungsmittelbetätigte Kolben-Zylindereinheit und bezweckt insbesondere die Schmiermittelversorgung von Kolben-Zylindereinheiten, die

j in einem geschlossenen Strömungsmittelsystem durch Druckgas

! betätigt werden.

Bei Metallformwerkzeugen ist es üblich, die Bewegung der Werkzeugteile durch Strömungsmittelfedern elastisch zu begrenzen. Derartige Strömungsmittelfedern bestehen häufig aus Kolben-Zylindereinheiten, die an einen Druckgasspeicher, etwa einen Stickstoffspeicher, angeschlossen sind. Bei einem derartigen geschlossenen Druckmittelsystem enthält das Gas selbst keinerlei Schmiermittel, im Gegensatz

S09841/0272

2808441

zu Systemen, wo Kolben-Zylindereinheiten durch Druckluft von einem Kompressor betätigt werden und in den Strömungsmittelleitungen Schmiereinrichtungen angeordnet sind. Bei geschlossenen Druckgassystemen der erwähnten Art, auf die sich die Erfindung bezieht, sind hingegen Zusatzeinrichtungen zur Schmierung der aufeinander gleitenden Kolben-, Zylinder- und Kolbenstangenflächen erforderlich, um den Verschleiß zu verringern und den Wartungsaufwand klein zu halten.

Demgemäß soll durch die Erfindung eine Kolben-Zylindereinheit geschaffen werden, die mit einem nicht-schmierfähigen Druckgas arbeitet und dennoch eine einfache, zuverlässige Schmierung ihrer Gleitflächen gewährleistet. Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen beschriebene Kolbenzylindereinheit .

Erfindungsgemäß führt zu der Zylinderkammer, welche an die der mit Druckgas beaufschlagten Kolbenseite gegenüberliegende Kolbenseite angrenzt, ein Luftkanal, in welchem ein luftdurchströmtes, schmiermittelgetränktes Material angeordnet ist. Wenn sich der Kolben im Zylinder in Richtung eines Unterdrucks in der Zylinderkammer bewegt, wird Luft über den Luftkanal angesaugt und das Schmiermittel im Luftstrom mit- i

i 609841/0 2 72

gerissen, so daß das in den Zylinder einströmende Luft-Schmiermittelgemisch eine ausreichende Schmierung der aufeinander gleitenden Kolben-, Kolbenstangen- und Zylinderflächen garantiert. In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner ein Schmiermittelspeicher vorgesehen, der für eine verlängerte Schmiermittelversorgung eines bei derartigen Kolben-Zylindereinheiten üblicherweise vorhandenen, schmiermittelgetränkten Kolbenringes sorgt.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt:

J?ig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt einer druckgasbetätigten Kolben-Zylindereinheit nach der Erfindung längs der Linie 1-1 der Fig. 2 bei Verwendung in einem Formwerkzeug;

Pig. 2 die Aufsicht der Kolben-Zylindereinheit gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 1;

fi Π 9 H /« 1 / 0 ? 7 2

Pig. 4 eine perspektivische Darstellung der Ventilsclieibe der in der Kolben-Zylindereinheit angeordneten Rückschlagventile;

Pig. 5 einen schematischen Schnitt, der einen Teil der KoIt) en-Zylinder einheit gemäß Pig. 1 in vergrößertem Maßstab zeigt;

Pig· 6 einen schematischen Schnitt längs der Linie 6-6 der Pig. 2;

Pig. 7 eine teilweise gebrochene Unteransicht der Zylinderkappe; und

Pig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 der Pig. 1.

Pig. 1 zeigt eine Strömungsmittelfeder 10 in Porm einer Kolben-Zylindereinheit, die zwischen einem vertikal beweglichen Formwerkzeug 12 und einem feststehenden Träger in Porm einer Lochplatte angeordnet ist. Die grundsätzliche Gesamtanordnung ist im wesentlichen die gleiche, wie sie in der US-Patentanmeldung Nr. 536 084 beschrieben ist. Die Kolben-Zylindereinheit 10 enthält einen Zylinder 16_;

41/0272

der etwa durch axial auf Abstand gehaltene Gummiringe in einer zylindrischen Außenhülse 20 befestigt ist. Mit der Außenhülse 20 ist der Zylinder 16 durch einen Gewindeklemmring 22 verbunden, der eine Metallscheibe 24 nach unten auf den oberen Gummiring 18 drückt. Die beiden &ummiringe 18 sind durch einen Flansch 26 des Zylinders 16 voneinander getrennt, wobei der untere Gummiring 18 auf einer radial nach innen verlaufenden Schulter 28 der Außenhülse 20 sitzt. Die Außenhülse 20 ist bei 30 mit einer Bohrung 32 in der Lochplatte 14 verschraubt. Ein Kanal 34 verbindet die Bohrung 32 und somit das untere, geöffnete Ende 36 des Zylinders 16 mit einem Speicher 38, der ein Gas (etwa Stickstoff) unter einem vorgegebenen, hohen Druck enthält. Aufgrund der Anordnung des Zylinders 16 in der Außenhülse 20 kann der Zylinder bezüglich der vertikalen Hauptachse der Hülse 20 geringfügig verkippen, falls die Bewegungsrichtung des Formwerkzeugs 12 gegenüber der zentralen Achse des Zylinders 16 geringfügig geneigt ist. Diese Anordnung ist im einzelnen in der oben erwähnten US-Patentanmeldung beschrieben·

Im Zylinder 16 befindet sich ein Kolben 40, mit dem eine Kolbenstange 42 fest verbunden ist. Die Kolbenstange

609841 /0272

erstreckt sich nach oben durch eine Zylinderkappe 44. Der Kolben 40 unterteilt den Innenraum des Zylinders 16 in eine Druckkammer 46 und eine Atmosphären- oder Ausgleichskammer 48. Durch eine herkömmliche Ringdichtung 50 aus elastomerem Material ist der Kolben 40 zum Zylinder 16 abgedichtet. Der Kolben 40 ist ferner mit einem Verschleißring 52 aus JFasermaterial und einem schmiermittelgetränkten JTilzring 54 versehen.

/aus Die Zylinderkappe 44 besteht vorzugsweise/Metall (etwa Aluminium) mit einer guten Wärmeleitfähigkeit. Sie ist am oberen Ende des Zylinders 16 etwa durch mehrere Schrauben 56 (Mg. 6) befestigt. Auf der Oberseite und am Außenumfang der Kappe 44 sind zahlreiche Rippen 58 ausgebildet, die dazu beitragen, die Kolben-Zylindereinheit auf einer erwünscht nierdrigen Betriebstemperatur zu halten. Die Kappe 44 erstreckt sind in Radialrichtung nach außen über das obere Ende des Zylinders 16 und überlappt dieses. Am unteren Ende ist die Kappe 44 mit einer zentralen Bohrung 60 versehen, so daß sie teleskopartig über das obere Zylinderende gesetzt werden kann. Der obere Abschnitt der Bohrung 60 ist bei 62 in Radialrichtung erweitert, so daß zwischen der Außenfläche des Zylinders 16 und der Innenfläche der Kappe 44 ein Ringkanal 64 gebildet wird.

— Ύ —

609841/0272

Wie die Fign. 1 und 5 zeigen, hat der Ringkanal 64 einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Mehrere radiale Öffnungen 66 in der Kappe 44 verbinden den Ringkanal 64 mit der Außenatmosphäre. Die Öffnungen 66 liegen zwischen zwei benachbarten Rippen 58, so daß sie im wesentlichen von Öl, Schmutz und anderen Fremdstoffen, die üblicherweise an Formwerkzeugen vorhanden sind, geschützt sind. Im Kanal 64 befindet sich ein Einsatzkörper 68, der mit einem Schmiermittel, etwa Öl, getränkt ist. Der Einsatzkörper 68 enthält vorzugsweise ein Fasermaterial (etwa Filz oder dgl.), das in ein siebartiges Stoffgewebe eingeschlossen ist. Der ringförmige Einsatzkörper 68 ist in Vertikalrichtung wesentlich kurzer als der Luftkanal 64 bemessen. Wie Fig_o 3 zeigt, erstreckt sich ferner der ölgetränkte Einsatzkörper 68 in Umfangsrichtung nicht über die gesamte Länge des Luftkanals 64; seine einander zugekehrten Enden sind in Umfangsrichtung auf Abstand gehalten, so daß zwischen ihnen ein Luftspalt 70 gebildet wird, der mit einer der Radialöffnungen 66 in Verbindung steht.

Im oberen Ende des Zylinders 16 befinden sich ein Einlaßventil 72 und ein Auslaßventil 74» Diese Ventile sind Einweg-Rückschlagventile und gegensinnig angeordnet, so daß das Ventil 72 -lediglich einen Luftzustrom zur Kammer

- 8 K Π 9 H A 1 / 0 ? 7 ?

und das Ventil 74 lediglich, eine Entlüftung der Kammer 48 ermöglicht. Beide Ventile sind von ähnlicher Bauweise und enthalten eine gewichtsmäßig leichte, kreuzförmige, bewegliche Ventilscheibe, wobei sich die eine Ventilscheibe 76 am unteren Ende des Ventils 72 und die andere Ventilscheibe am oberen Ende des Ventils 74 befindet. Die Ventilscheiben 76 oder ähnliche Ventilkörper sorgen für einen unidirekten luftstrom durch die Ventile nach Art herkömmlicher Rückschlagventile. Auf der Unterseite der Zylinderkappe 44 ist neben dem Ventil 72 ein Spalt 78 eingearbeitet, so daß die Luft im Ringkanal 64 oberhalb des schmiermittelgetränkten

/68

Einsatzkörpers über das Ventil 72 in die Kammer 48 strömen kann· Sine Öffnung 80 in der Zylinderkappe 44 ist in Axialrichtung fluchtend zur Mittelbohrung des Ventils 74 angeordnet und ermöglicht die Entlüftung der Kammer 48. An ihrem freien Ende ist die Kolbenstange 42 im Zylinder durch eine Nylonbüchse 82 geführt, die an ihrem oberen Ende eine Abstreif- und Dichtlippe 84 aufweist. Gewünsentenfalls kann das Entlüftungs-Rückschlagventil 74 entfallen und die luft aus der Kammer 48 über eine Axialnut 86 in der Büchse 82 (Fig. 3) entweichen.

In dem Kolben 40 und der Kolbenstange 42 ist eine zentrale, axial verlaufende Bohrung 88 ausgebildet, die am freien ;

G09H41/0272

26084A1

Ende der Kolbenstange 42 durch einen G-ewinde stopfen 90 verschlossen ist. Die Bohrung 88 erstreckt sich zumindest bis zur Höhe des aus Filz bestehenden Abstreifrings 54 nach unten und steht mit der den Ring 54 aufnehmenden Ringnut über zwei radial verlaufende Kanäle 92 (Fign. 1 und 8) in Verbindung. Die Bohrung 88 und die Radialkanäle 92 sind mit einem ölgetränkten, aus Faserstoffen gebildeten Dochtmaterial 94 gefüllt.

Im Betrieb liegt das freie Ende der Kolbenstange 42 an der

j Unterseite des Formwerkzeugs 12 und wird gegen diese unter der Einwirkung des Druckgases in der Kammer 46, die über den

j Kanal 34 mit dem Speicher 38 in Verbindung steht, nach oben angedrückt. Beim Abwärtshub des Formwerkzeugs 12

j wird der Kolben 40 nach unten im Zylinder 16 verstellt,

Wodurch der Druck in der Kammer 46 erhöht und ein Unterdruck in der Kammer 48 erzeugt wird. Aufgrund dieses in der Kammer 48 entstehenden Unterdrucks wird luft über die Öffnungen 44 in den Luftkanal 64 gesaugt. Diese Luftmenge strömt durch den ölgetränkten Einsatzkörper 68 .nach oben und um den Kanal 64 zum Einlaß-Rückschlagventil 72. Da der Druck in der Kammer 48 geringer als im Luftkanal 64 ist, nimmt die Ventilscheibe 76 die in den Fign. 1 und 5 gezeigte Stellung ein, so daß Luft vom Kanal 64 über

609841 /0272

- ίο -

das Ventil 72 in die Kammer 48 strömen kann. Wenn dieser Luftstrom den Einsatzkörper 68 nach, oben durchsetzt, wird Öl mitgerissen und gelangt gemeinsam mit dem Luftstrom in die Kammer 48. Das vom Luftstrom mitgenommene Öl schmiert somit die Kolbenstange 42, die Innenwand des Zylinders 16 und die Bohrung der Buchse 82 und verringert den Verschleiß. Hierdurch wiederum wird die konzentrische Ausrichtung des Kolbens und der Kolbenstange im Zylinder gewährleistet.

Wenn sich das Formwerkzeug 12 nach oben bewegt, verstellt sich der Kolben 40 unter der Einwirkung des Gasdrucks in der Kammer 46 nach oben, wodurch die Kammer 48 verkleinert und die Luft von dort über das Entlüftungsventil 74 ausgefördert wird. Da zu diesem Zeitpunkt der Druck in der Kammer 48 größer als der Atmosphärendruck ist, wird die Ventilscheibe 76 des Ventils 72 nach oben gedrückt und versperrt die ' Durchgangsbohrung im Ventil 72, und die Ventilscheibe 76 ! des Ventils 74 wird angehoben und ermöglicht eine Entlüftung j der Kammer 48· Wie bereits erwähnt, kann gewünschtenfalls

der Entlüftungskanal aus der Kammer 48 einfach durch die j flache Nut 86 in der Buchse 82 gebildet werden. In diesem lall verhindert die Dichtlippe 84 am. oberen Ende der Buchse 82 den Zustrom einer merklichen Luftmenge in die Kammer 48 über die Nut 86, wenn der Kolben 40 im Zylinder 16 ab-

- 11 -

609841/0272

wärts bewegt wird.

Der in Pig. 3 gezeigte luftspalt 70 (der durch den Abstand zwischen den Enden des Einsatzkörpers 68 gebildet wird) ist aus Sicherheitsgründen vorgesehen, um einen freien Iiuftzustrom zur Kammer 48 zu garantieren, falls der ölgetränkte Einsatzkörper 68 verstopft .sein sollte. Die Anordnung der Kappe 44 sowie die Lage des Kanals 64 und der Einlaßöffnungen 66 ist jedoch so getroffen, daß ein Ansaugen von Öl, Schmutz, Schmiermittel und anderen ITremdstoffen, deren Anwesenheit bei Formwerkzeugen unvermeidbar ist, in den Kanal 64 verhindert wird. Ferner sorgt der ölgetränkte Dochtkörper 94 für eine verlängerte Ölzufuhr zum Filzring 54, so daß eine häufige Wartung und Erneuerung des Ringes 54 entfällt. Dennoch ist die Wartung der Zylindereinheit verhältnismäßig einfach, da die Ventile und der ölgetränkte Einsatzkörper 68 rasch zugänglich sind, indem die Schrauben 56 gelockert werden und die Kappe 44 vom oberen Ende des Zylinders 16 entfernt wird.

- 12 -

fi09841/0?7?

Claims

Patentansprüche

1.yKolben-Zylindereinheit mit einem axial im Zylinder 'beweglichen Kolben, der den Zylinder in eine Arbeitsund eine Ausgleichskammer unterteilt, deren Volumina sich entsprechend der Axialbewegung des Kolbens im Zylinder gegensinnig verändern, einer Steuereinrichtung zur Zu- und Abfuhr eines Druckgases in die bzw. aus der Arbeitskammer und einem Luftkanal zur Zufuhr von Umgebungsluft in die Ausgleichskammer, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftkanal (64) ein schmiermittelgetränkter, luftdurchlässiger Einsatzkörper (68) angeordnet ist, dessen Schmiermittel zwecks Mitnahme in dem den Luftkanal (64-) durchsetzenden Luftstrom in innige Berührung mit diesem kommt, und daß der Kolben (40) und die Innenwände der Ausgleichskammer (48) durch das in dem der Ausgleichskammer zugeführten Luftstrom mitgenommene Schmiermittel geschmiert sind.

- 13 609841 /0272

2 6 O 8 Λ 4 1

2. Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Kanal (80; 86) zur Entlüftung der Ausgleichskammer (48).

3. Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanal (64) mit der Ausgleichskammer (48) über eine Drosseleinrichtung (78) in Verbindung steht, über die in Abhängigkeit von einer durch eine Vergrößerung der Ausgleichskammer (48) bei Bewegung des Kolbens (40 ) zum einen Zylinderende erzeugten Druckdifferenz im Luftkanal (64) ein Luftstrom in die Ausgleichskammer (40) herstellbar ist.

4. Kolben-Zylindereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzkörper (68) ein poröses Dochtmaterial enthält.

5. Kolben-Zylinder einheit nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß das Dochtmaterial mit Öl getränkt ist.

6. Kolben-Zylinder einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanal (64) den Zylinder (16) in ümfangsrichtung umgreift₀

609841/0272

2608U1

-H-

7. Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mehrere in Umfangsrichtung verteilte, mit der Umgebung außerhalb des Zylinders (16) -verbundene Öffnungen (66) im Luftkanal (64).

8. Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Einsatzkörper (68) über zumindest den Hauptteil des in Umfangsrichtung verlaufenden Kanalabschnitts erstreckt.

9· Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzkörper (68) geteilt und mit in Umfangsrichtung voneinander entfernten Enden versehen ist, und daß eine der Öffnungen (66) mit dem Spalt (70) zwischen den geteilten Enden des Einsatzkörpers (68) fluchtend ausgerichtet ist und der Spalt (70) unter Um-

/des

gehung' schmiermittelgetränkten Einsatzkörpers (68) unmittelbar mit der Ausgleichskammer (48) in Verbindung steht.

10. Kolben-Zylindereinheit nach einem der vorhergehenden

/(40)

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Kolben? eine axial durch die Ausgleichskammer (48) verlaufende Kolbenstange (42) befestigt und an dem dem Kolben (40) gegenüberliegenden Ende der Ausgleichskammer (48) ein Ab-

- 15 -

609841/0272

schlußkörper (44, 82) mit einer Bohrung angeordnet ist, und daß die Kolbenstange (42) die Bohrung im engen Sitz durchgreift und die Bohrung und die Kolbenstange durch das Luft-Ölgemisch in der Ausgleichskammer (48) geschmiert sind.

11. Kolben-Zylindereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im luftkanal (64) ein Einwegventil (72) zur Luftzufuhr zur Ausgleichskammer (48) angeordnet ist.

12. Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein zweites Einwegventil (74)_Tüber das die Ausgleichskammer (48) bei einer durch eine Axialbewegung des Kolbens (40) im Zylinder (16) bewirkten Volumenverringerung der Ausgleichskammer zu entlüften ist.

13. Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen von der Ausgleichskammer (48) zur Umgebung verlaufenden Entlüftungskanal (86), der gedrosselt ist und die über den Entlüftungskanal in die Ausgleichskammer (48) einströmende luftmenge gering hält.

ο Kolben-Zylindereinheit nach einem der vorhergehenden An- ,

Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kolbenstange

- 16 -

R0 9841/0 272

(42) eine axial verlaufende, mit schmiermittelgetränktem Material (94) gefüllte, zentrale Bohrung (88) ausgebildet ist und der Kolben (40) einen diesen in Umfangsrichtung umgreifenden, mit der Seitenwand des Zylinders (16) zusammenwirkenden, schmiermittelgetränkten Ring (54) aufweist, der durch einen radial "verlaufenden Kanal (92) mit der zentralen Bohrung (88) in Verbindung steht.

15. Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch Η, dadurch gekennzeichnet, daß in dem radial verlaufenden Kanal (92) schmiermittelgetränktes Material angeordnet ist.

16. Kolben-Zylindereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer am Kolben befestigten, die Ausgleichskammer und das dieser benachbarte Zylinderende durchsetzenden Kolbenstange, dadurch gekennzeichnet, daß an dem von der Kolbenstange (42) durchsetzten Zylinderende eine Ringkappe (44) mit einer das Zylinderende auf der Außenseite in umfangsrichtung umgreifenden und überlappenden Randschürze angeordnet und der Luftkanal (64) zumindest teilweise durch die Randschürze begrenzt ist.

17. Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanal (64) innerhalb der Axialab- ι messungen der Randschürze in Umfangsrichtung um den Zylin- ,

- 17 -

B09B41/Ü272

der (16) verläuft·

18. Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanal (64) sich mit seinem in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt in Axialrichtung zum Zylinderende erstreckt und dann radial nach innen über den Innenumfang der Zylinderwand und von dort axial in Richtung des Kolbens (40) in die Ausgleichskammer (48) verläuft.

19o Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 18,dadurch gekennzeichnet, daß das schmiermittelgetränkte Material (68) in dem in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt des Luftkanals (64) angeordnet ist.

609841 /0272

Λ ·

Leerseite