DE2904805A1

DE2904805A1 - Druckluftgetriebener arbeitszylinder

Info

Publication number: DE2904805A1
Application number: DE19792904805
Authority: DE
Inventors: Werner Breindl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-02-08
Filing date: 1979-02-08
Publication date: 1980-08-14
Also published as: DE2904805C2

Description

Druckluftgetriebener Arbeitszylinder
Die Erfindung betrifft einen druckluftgetriebenen Arbeitszylinder, dessen im Zylindergehäuse geführter Stellkolben mit einer von der druckluftbeaufschlagten Kolbenseite weg gerichteten Kolbenstange als Stellorgan verbunden ist, die durch einen dicht in das Zylindergehäuse eingesetzten Zylinderdeckel mit dicht schliessendem Gleitsitz aus dem Zylinder herausgeführt ist, wobei der Stellkolben bei Belüftung des Arbeitsraumes von einer Rückstellkraft in seine Ruhelage rückverschiebbar ist, ein ventilgesteuerter Verbindungskanal die Räume auf beiden Stellkolbenseiten miteinander verbindet und der Kolbenstangenraum mittels eines bei einem bestimmten Überdruck darin öffnenden Rückschlagventils mit der Umgebung verbindbar ist.
Ein derartiger druckluftgetriebener Arbeitszylinder ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 o8 291 bekannt. Damit der Stellkolben in diesem bekannten Arbeitszylinder in seine Ruhelage zurückgestellt werden kann, wird dem Kolbenstangenraum über eine Leitungsverbindung im Kurzschluß die bei der Bewegung aus dem Arbeitsraum ausgetriebene Luft zugeführt. Dazu ist ein Umsteuerventil nötig, das in einer Schaltstellung die Druckluftquelle mit dem Arbeitsraum in Verbindung bringt und dabei die Zuführung zum Kolbenstangenraum verschließt, während es in der anderen Schaltstellung die Kurzschlußverbindung zwischen Arbeitsraum und Kolbenstangenraum herstellt.
Die Verwendung eines derartigen Umsteuerventils und vor allem die Notwendigkeit, an beiden Zylinderseiten Leitungsanschlüsse anbringen zu müssen, stellen für derartige Arbeitszylinder häufig Nachteile dar, die deren Einsatz in verschiedenen Anwendungsbereichen unmöglich machen.
Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, in einem auf der Kolbenstangenseite nicht entlüfteten, druckluftgetriebenen Arbeitszylinder, bei welchem sich auf der Kolbenstangenseite mit zunehmender Hublänge ein Gegendruck aufbaut, in den Kolben selbst ein ihn durchsetzendes Differenzdruckventil einzufügen, das von dem Augenblick an, da auf beiden Seiten des Kolbens gleicher Druck herrscht, öffnet und die weitere Verschiebung des Kolbens aufgrund des durch den Kolbenstangenquerschnitt bedingten Flächenunterschiedes ermöglicht und das vor allem während der Kolbenrückstellbewegung den Zustrom von Luft in die andernfalls einen Unterdruck annehmende Kolbenstangenkammer zuläßt. Dieser vorne schlagene druckluftgetriebene Arbeitszylinder ist jedoch aufgrund des sich während des Arbeitshubes in der Kolbenstangenkammer aufbauenden Gegendruckes nur sinnvoll anwendbar, wenn der Hub relativ klein und damit die Druckzunahme in der Kolbenstangenkammer verhältnismäßig gering ist oder wenn der Kolbenstangenquerschnitt relativ groß ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen druckluftgetriebenen Arbeitszylinder der eingangs skizzierten Art, der keinen besonderen Hub- oder Konstruktionsbeschränkungen unterliegen soll, frei von Leitungsanschlüssen am kolbenstangenseitigen Ende zu gestalten und Aufbau und Funktion so zu wählen, daß kein spezielles Umsteuerventil benötigt wird, sondern der Kolben bei Entlastung der Druckseite selbsttätig in die Ruhelage zurückkehrt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt in der Weise, daß der Verbindungskanal als den Stellkolben durchsetzender Längskanal ausgebildet ist, in dem sich ein von einem bestimmten Überdruck im Arbeitsraum ab schließendes Differenzdruckventil befindet.
Bei Zufuhr von Druckluft in die Arbeitskammer kann der Kolben somit über das Rückschlagventil die im Kolbenstangenraum enthaltene Luft ohne wesentlichen Gegendruck ausblasen, wobei das Differenzdruckventil durch den Arbeitsdruck im Arbeitsraum geschlossen gehalten wird. Wird anschließend der Arbeitsdruck weggenommen und der Arbeitsraum oberhalb des Kolbens entlüftet, so öffnet das Differenzdruckventil, und während der durch die Rückstellkraft bedingten Bewegung des Kolbens in die Ruhelage strömt Luft durch das Differenzdruckventil in den Kolbenstangenraum, so daß auch die Rückstellung nicht durch Unterdruck darin behindert ist. Leitungsanschlüsse am kolbenstangenseitigen Ende des Arbeitszylinders sind nicht erforderlich, da das Überdruckventil im allgemeinen beliebig abblasen kann.
Fertigungstechnisch besonders vorteilhaft ist ein Arbeitszylinder1 der in einer konzentrischen, zylindrischen Ausnehmung in der Stellkolbenstirnfläche, die über einen in der Bodenmitte der Ausnehmung mündenden ersten Kanalabschnitt mit dem Kolbenstangenraum in Verbindung steht, ein Ventilkörper des Differenzdruckventils axial gleitbar geführt ist, der gegenüber dem Stellkolben federnd abgestützt ist, während ein zweiter Kanalabschnitt die Verbindung vom Raum der Ausnehmung unterhalb des Kolbenventilkörpers zur Kolbenstirnfläche herstellt und sich zwischen der Unterseite des Kolbenventilkörpers und der Bodenfläche der Ausnehmung eine Dichtung befindet, die bei gegen die Kraft der federnden Abstützung abgesenktem Kolbenventilkörper die Verbindung zwischen den beiden Kanalabschnitten unterbricht. Die Herstellung dieser Ventilgestaltung kann durch einfache Bohrvorgänge erfolgen.
Ein ebenfalls vorteilhaftes Lösungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, daß die Zylinderwand unterhalb der tiefsten Kolben-. . .
stellung von wenigstens einer Offnung durchsetzt ist, die im Boden einer den Zylinder umziehenden Ringnut mündet, in der mit Vorspannung ein die Öffnung abdeckendes, elastisches Dichtungsband liegt. Diese'Einrichtung stellt eine besonders einfache und wirksame Ausbildung des im Kolbenstangenraum benötigten Rückschlagventils dar.
Durch weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, die Gegenstand der Patentansprüche sind und hiermit zur Verkürzung zum Gegenstand der Beschreibung gemacht werden, läßt sich die Erfindung weiter verbessern. Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Die Zeichnung zeigt den druckluftgetriebenen Arbeitszylinder im Axialschnitt.
Der in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnete druckluftgetriebene Arbeitszylinder setzt sich aus einem Zylindergehäuse il und einer darin verschiebbar geführten Kolbenanordnung 12 zusammen, deren Kolbenstange 13 aus einer sie dichtumschließenden Öffnung 14 in einer in das untere Ende des Zylindergehäuses 11 eingesetzten Bodenplatte 15 heraussteht. Die Kolbenanordnung 12 wird mittels einer in einer Nut 16 der Bodenplatte 15 abgestützten Rückstellfeder 17 in ihre obere Ruhelage mit Anlage der Kolbenstirn am inneren Zylinderende gedrückt. In den Arbeitsraum oberhalb der Kolbenanordnung 12 münden eine Gewindebohrung 18 zum Einsetzen eines nicht dargestellten Druckschalters und ein Be- und Entlüftungskanal 19, welche beide den Kopf 20 des Zylindergehäuses 11 durchsetzen.
In dem der Bodenplatte 15 naheliegenden Ende des Zylindergehäuses 11 ist eine Ringnut 21 mit ebenem Boden eingearbeitet, in die vom Kolbenstangenraum 22 her wenigstens eine Öffnung 23 mündet. Ein flaches, elastisches Band 24 liegt in der Nut 21 und umspannt diese mit einer gewissen Anpreßkraft. Die Konstruktion stellt ein Überdruckventil für den Kolbenstangenraum 22 dar.
Die von einer elastisch dichtenden Manschette 25 umgebene Kolbenanordnung 12 wird von der Rückstellfeder 17, die in eine Ringnut 26 eingreift, abgestützt. In der Stirnfläche der Kolbenanordnung 12 ist eine konzentrische, zylindrische Ausnehmung 27 vorgesehen, die über eine in der Bodenmitte der Ausnehmung 27 mündende Axialbohrung 28 in der Kolbenstange 13 und eine die Kolbenstange und die Axialbohrung durchsetzende Querbohrung 29 mit dem Kolbenstangenraum 22 in Verbindung steht. Ein Kolbenventilkörper 30 ist in der Ausnehmung 27 axial gleitbar geführt und mittels einer Schraubendruckfeder 31, die mit Reibsitz in eine Bohrungserweiterung 32 des oberen Kolbenstangenendes mit einem Ende und eine Sacklochbohrung 33 in der Unterseite des Kolbenventilkörpers 30 mit Reibsitz eingesetzt ist, gegenüber der Kolbenanordnung 12 federnd abgestützt. Ferner weist der Kolbenventilkörper 30 auf seiner zylindrischen Außenfläche achsparallele Rillen 34 auf, die als zweiter Kanalabschnitt gemeinsam mit dem durch die axiale Längsbohrung 28 und die Querbohrung 29 gebildeten ersten Kanalabschnitt in der Kolbenstange eine Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 35 über der Kolbenstirnfläche und dem Kolbenstangenraum 22 herstellen.
Diese Verbindung kann durch eine den Unterrand des Kolbenventilkörpers 30 umziehende O-Ring-Dichtung 36 unterbrochen werden, wenn der Kolbenventilkörper 30 bei hinreichendem Überdruck in der Arbeitskammer 35 gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 31 in die zylindrische Ausnehmung 27 hinein und gegen deren Boden gedrückt wird. Die soeben beschriebene Konstruktion in der Kolbenanordnung 12 stellt also ein Differenzdruckventil dar.
Die Arbeitsweise des druckluftgetriebenen Arbeitszylinders ist folgende. Um die Kolbenanordnung 12 gegen die Kraft der Rückstellfeder 17 zu verschieben, muß der Entlüftungskanal 19 geschlossen werden und muß Druckluft über den Druckluftkanal 18 in die Arbeitskammer 35 hineingedrückt werden. Aufgrund des Überdrucks in der Arbeitskammer 35 wird der Kolbenventilkörper 30 gegen seine Feder 31 zurückgedrückt und versperrt den Durchtrittskanal durch die Kolbenanordnung zur Kolbenstangenkammer 22. Der Kolben setzt sich in Bewegung und erhöht den Druck in der Kolbenstangenkammer 22, bis das elastische Band 24 von der Öffnung 23 abgehoben und die unter Überdruck stehende Luft aus der Kolbenstangenkammer 22 abgeblasen wird.
Wird dann nach Erreichen der untersten Kolbenstellung oder auch vorher die Druckluftzufuhr abgeschaltet und der Druckluftkanal 18 geschlossen, dann muß, damit die Kolbenanordnung 12, getrieben durch die Rückstellfeder 17, wieder in-die Ruhelage zurückkehren kann, der Entlüftungskanal 19 geöffnet werden. Durch die Druckentlastung in der Arbeitskammer 35 kann der Kolbenventilkörper 30 von seinem Ventilsitz abgehoben werden, so daß nun von der Arbeitskammer 35 her durch das Differenzdruckventil hindurch zum Druckausgleich Luft in die expandierende Kolbenstangenkammer 22 einströmen kann, so daß die Kolbenanordnung 12 ungehindert ihre Ruhelage mit Anlage der Kolbenstirnfläche am oberen~Zylinderkammerende zurückkehren kann.
Die vorangehende Beschreibung zeigt, daß an keiner Stelle in den Zylinderraum mit Staub oder Feuchtigkeit aus der Umgebung des druckluftgetriebenen Arbeitszylinders beladene Luft eintreten und darin Störungen oder Korrosion hervorrufen kann. Die Konstruktion ist außerdem aus Drehteilen hergestellt und damit bei hoher Präzision verhältnismäßig billig zu fertigen.

Claims

Patentansprüche Druckuftgetriebener Arbeitszylinder, dessen im Zylindergehäuse geführte Kolbenanordnung mit einer von der druckluftbeaufschlagten Kolbenseite weg gerichteten Kolbenstange als Stellorgan verbunden ist, die durch einen dicht in das Zylindergehäuse eingesetzten Zylinderdeckel mit dichtschließendem Gleitsitz aus dem Zylinder herausgeführt ist, wobei die Kolbenanordnung bei Belüftung des Arbeitsraumes von einer Rückstellkraft in ihre Ruhelage rückverschiebbar ist, ein ventilgesteuerter Verbindungskanal die Räume auf beiden Kolbenseiten miteinander verbindet und der Kolbenstangenraum mittels eines bei einem bestimmten Überdruck darin öffnenden Rückschlagventils mit der Umgebung verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal als die Kolbenanordnung (12) durchsetzender Längskanal (34, 28) ausgebildet ist, in dem sich ein von einem bestimmten Überdruck im Arbeitsraum (35) ab schließendes Differenzdruckventil (30, 31) befindet.
2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer konzentrischen, zylindrischen Ausnehmung (27) in der Kolbenstirnfläche, die über einen in der Bodenmitte der Ausnehmung (27) mündenden ersten Kanalabschnitt (29, 28) mit dem Kolbenstangenraum (22) in Verbindung steht, ein Kolbenventilkörper (30) des Differenzdruckventils axial gleitbar geführt ist, der gegenüber der Kolbenanordnung federnd abgestützt ist, daß ein zweiter Kanalabschnitt (34) eine Verbindung vom Raum der Ausnehmung (27) unterhalb des Kolbenventilkörpers (30) zur Kolbenstirnfläche herstellt und daß sich zwischen der Unterseite des Kolbenventilkörpers (30) und der Bodenfläche der Ausnehmung (27) eine Dichtung (36) befindet, die bei gegen die Kraft der federnden Abstützung (31) abgesenktem Kolbenventilkörper (30) die Verbindung zwischen den beiden Kanalabschnitten unterbricht.
3. Arbeitszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Zylinderwand (elf) unterhalb der tiefsten Kolbenstellung von wenigstens einer Öffnung (23) durchsetzt ist, die im Boden einer den Zylinder ( umziehenden Ringnut (21) mündet, in der mit Vorspannung ein die Öffnung abdeckendes, elastisches Dichtungsband (24) liegt.
4. Arbeitszylinder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kanalabschnitt von in der zylindrischen Außenfläche des Kolbenventilkörpers (30) befindlichen Längsrillen (34) gebildet ist.
5. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kanalabschnitt eine zum Boden der Ausnehmung (27) offene Bohrungserweiterung (32) und der Kolbenventilkörper (30) auf seiner Unterseite eine Sacklochbohrung (33) aufweisen und daß in die Bohrungsarweiterung (32) und die Sacklochbohrung (33) mit Reibsitz eine die federnde Abstützung bildende Schraubendruckfeder (31) eingesetzt ist.